WO2019025157A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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WO2019025157A1
WO2019025157A1 PCT/EP2018/069007 EP2018069007W WO2019025157A1 WO 2019025157 A1 WO2019025157 A1 WO 2019025157A1 EP 2018069007 W EP2018069007 W EP 2018069007W WO 2019025157 A1 WO2019025157 A1 WO 2019025157A1
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scattering particles
potting
semiconductor chip
encapsulation
optoelectronic semiconductor
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PCT/EP2018/069007
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Simon Schwalenberg
Daniel Leisen
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device which can be operated efficiently. Another object to be solved is to provide a method for producing an efficient one
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor device at least one semiconductor chip for generating electromagnetic radiation.
  • electromagnetic radiation in particular light, too
  • the semiconductor chip is for
  • this includes
  • Semiconductor chip is arranged.
  • the semiconductor chip is arranged in a recess of the housing body.
  • Housing body can be applied to a circuit board.
  • the housing body and the printed circuit board can be connected together by means of a connecting means or without connecting means.
  • the circuit board may have a chip mounting surface have, on which the semiconductor chip may be arranged.
  • the circuit board may have a chip mounting surface have, on which the semiconductor chip may be arranged.
  • Optoelectronic semiconductor device comprise a metallic lead frame, which is surrounded by the material of the housing body, for example, overmolded.
  • the lead frame may be exposed in places in the recess of the housing and the semiconductor chip is mounted on the lead frame and
  • the semiconductor device comprises more than one semiconductor chip
  • the semiconductor chips may be arranged side by side in a lateral direction, the lateral direction being parallel to the main extension plane of the printed circuit board.
  • the housing body surrounds the semiconductor chip at least in places.
  • the housing body comprises side faces facing the semiconductor chip, which form contact surfaces.
  • the contact surfaces may be absorbent for electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the contact surfaces may be formed black.
  • the housing body projects beyond the semiconductor chip in the vertical direction, wherein the vertical direction is perpendicular to the main extension plane of the semiconductor chip.
  • the housing body is filled with a radiation-permeable encapsulation.
  • Potting can in particular in the recess of the
  • Be filled housing body That is, at least a portion of the generated during operation of the semiconductor chip
  • Electromagnetic radiation can be cast without vomiting
  • the radiation-permeable potting can be filled in the recess of the housing body.
  • the potting may extend to an upper side of the housing body, which faces away from the printed circuit board or the lead frame, for example, or projects beyond the housing body.
  • the potting covers at least in places the contact surfaces of the housing body. It is also possible that the potting the contact surfaces of
  • the potting may be permeable to radiation from the
  • Semiconductor chip emitted electromagnetic radiation is absorbed by the casting.
  • the potting may not exceed 10% of that emitted by the semiconductor chip
  • the potting absorbs at most 2% of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the potting is thus transparent to radiation emitted by the semiconductor chip electromagnetic radiation, so that the
  • Electromagnetic radiation on a side facing away from the semiconductor chip top of the potting can escape from the potting.
  • the potting may be formed, for example, with silicone, an epoxide, a polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • the potting covers the semiconductor chip on its exposed outer surfaces
  • the casting can be any suitable material.
  • the potting completely covers the semiconductor chip on the side surfaces of the semiconductor chip which are not in contact with the chip mounting surface.
  • scattering particles are introduced into the encapsulation. For this, the casting can be any suitable material.
  • the scattering particles can have different shapes and sizes.
  • the scattering particles can have different shapes and sizes.
  • the scattering particles emitted from the semiconductor chip in particular be radiopaque. That is, the scattering particles emitted from the semiconductor chip
  • the scattering particles can, for example, with
  • the side facing away from the semiconductor chip of the casting represents a
  • the casting on the top at least one of
  • the ratio of the refractive index from the potting to the refractive index is
  • the ratio of the refractive index of the potting to the refractive index of the scattering particles is at least 0.98 and
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor device at least one semiconductor chip for generating electromagnetic radiation, and a
  • the encapsulation completely covers the semiconductor chip, scattering particles are introduced into the encapsulation, some of the scattering particles are at least partially free of encapsulation on a side of the encapsulation facing away from the semiconductor chip, and the ratio of the refractive index from the encapsulation
  • Refractive index of the scattering particles is at least 0.95 and at most 1.05.
  • the semiconductor device described here is based inter alia on the idea that the stability and the
  • Life of the semiconductor device can be improved by the introduction of the scattering particles in the potting.
  • the materials of the housing body and the casting have different thermal expansion coefficients. Therefore, without the introduction of the scattering particles, delamination or detachment of the encapsulation from the housing body can occur, for example, at the contact surfaces.
  • Affected scattering particles so that it has a smaller difference from the expansion coefficient of the housing body.
  • the introduction of the scattering particles in the potting stresses between the potting and the housing body and a delamination of the potting This leads to a better stability and a longer life of the semiconductor device.
  • Semiconductor device can therefore be operated more efficiently.
  • the scattering particles in the encapsulation improve the optical properties of the semiconductor component. Since the ratio of the refractive index from the potting to the refractive index of the scattering particles is at least 0.95 and at most 1.05, the electromagnetic radiation emitted from the semiconductor chip becomes small at angles to the scattering particles
  • Grouting are free at least in places from the potting, light that strikes the outside of the semiconductor device on the top of the potting scattered at the scattering particles at the top of the potting.
  • Semiconductor device can be viewed.
  • the scattering particles are distributed homogeneously in the encapsulation. That means the
  • Scattering particles are evenly distributed in the potting. So there are no areas in the potting, where there is a much larger number of scattering particles than in the same size other areas.
  • the scattering particles can be randomly distributed in the potting.
  • the scattering particles are introduced into the encapsulation in such a way that the aim is not to accumulate scattered particles in certain areas, but rather to create a distribution
  • homogeneous radiation of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip can be achieved by a homogeneous distribution of the scattering particles in the encapsulation.
  • the scattering particles are distributed inhomogeneously in the encapsulation. That means the
  • Scattering particles are not evenly distributed in the potting. So there are areas in the potting, where there is a much larger number of scattering particles than in other areas of equal size. It is also possible that the
  • Weight concentration of the scattering particles in the encapsulation is greater in some areas than in other areas of the encapsulation. For example, the distribution of scattering particles in the
  • Expansion coefficient of the housing body can be improved. It is also possible that in the vicinity of the top more scattering particles are in the encapsulation than in the vicinity of the semiconductor chip. Thus, the roughness of the
  • Surface of the potting can be increased because a variety of scattering particles protrudes from the potting. It is also possible that the distribution of the scattering particles in the casting has a different gradient or several gradients. By a gradient in the vertical direction, for example, the mechanical properties of the
  • Semiconductor device can be improved.
  • the stability of the semiconductor device can be improved by the scattering particles influence the thermal expansion behavior of the potting with the scattering particles, so that the adhesion between the potting and the housing body is improved.
  • Weight percent and not more than 50 percent by weight based on the total weight of the potting and the scattering particles.
  • the proportion of the weight of all scattering particles in the total weight of the scattering particles and the potting is thus at least 10 percent by weight and at most 50 percent by weight. For this area of the concentration of the scattering particles becomes a
  • Concentrations of the scattering particles efficiently decouples the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip from the semiconductor component.
  • At least 70% of the scattering particles have a diameter of at least 3 ym and at most 30 ym. If a scattering article has the shape of a sphere, the diameter of the scattering article is given by the diameter of the sphere. If a scattering article has a different shape, the diameter of the
  • the scattering particles thus have a close
  • the diameter of any of the scattering particles is less than 2 ym.
  • Do the scattering particles have a diameter of
  • the ratio of the refractive index from the potting to the refractive index of the scattering particles is at least 0.95 and at most 1.05, then a forward-looking
  • At least 90% of the scattering particles have a diameter of at least 3 ym and at most 30 yards.
  • the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip can be efficiently extracted from the semiconductor device.
  • the shape of the scattering particles may differ slightly from the shape of a sphere. It is also possible that the scattering particles have exactly the shape of a sphere. Approximately spherical scattering particles allow efficient extraction of the
  • the semiconductor chip emitted electromagnetic radiation from the semiconductor device. According to at least one embodiment, the
  • Scattering particles have a different shape than the shape of a sphere.
  • the scattering particles may be flake-like or disk-shaped.
  • the thermal expansion coefficient of the scattering particles is smaller than the thermal expansion coefficient of the casting. This means that the thermal expansion coefficient of the material of the scattering particles is smaller than the thermal one
  • the thermal expansion coefficient of the potting with the scattering particles can be adapted to the thermal expansion coefficient of the housing body. Therefore, less distortion between the potting and the housing body and the stability and the life of the
  • the thermal expansion coefficient of the scattering particles is less than 15 ppm / K. This means that the thermal
  • Coefficient of expansion of the material of the scattering particles is less than 15 ppm / K. The thermal is preferred
  • the thermal expansion coefficient of the potting with the scattering particles can be influenced, so that the thermal expansion coefficient of the potting with the scattering particles is adapted to the thermal expansion coefficient of the housing body.
  • Semiconductor device at least three semiconductor chips for
  • the at least three semiconductor chips can be electromagnetic
  • a first semiconductor chip For example, a first semiconductor chip
  • Wavelength range emit a second semiconductor chip electromagnetic radiation in a second
  • Wavelength range and a third semiconductor chip emit electromagnetic radiation in a third
  • the three wavelength ranges each comprise at least one wavelength.
  • the three wavelength ranges may be different from each other, so that each wavelength range at least one
  • the semiconductor chips may, for example, emit light in the visible range.
  • the first Semiconductor chip emit blue light
  • the second LED emit blue light
  • Semiconductor device can be used in screens, video walls or virtual messaging systems (VMS).
  • VMS virtual messaging systems
  • Scattering particles is a shadowing of the semiconductor chips, which are arranged closer to the housing body than other semiconductor chips, reduced.
  • Electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip can emerge from the semiconductor component from the light exit surface. What proportion of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip can emerge at the light exit surface is influenced by the encapsulation and the scattering particles.
  • the optoelectronic semiconductor component can preferably be produced by a method described here. In other words, all for the optoelectronic
  • Semiconductor device disclosed features are also for the process for producing an optoelectronic
  • the method comprises a method step in which at least one semiconductor chip for generating
  • the semiconductor chip is arranged in a recess of the housing body.
  • the housing body surrounds the
  • the housing body comprises side faces facing the semiconductor chip, which form contact surfaces.
  • the contact surfaces can be absorbent for emitted from the semiconductor chip electromagnetic
  • the contact surfaces may be formed black. For example, dominates the
  • Housing body the semiconductor chip in the vertical direction.
  • the method further comprises the step of filling the housing body with a radiation-permeable encapsulation which completely covers the semiconductor chip.
  • the radiation-permeable potting can be filled in the recess of the housing body.
  • Potting can extend to an upper side of the housing body or project beyond the housing body.
  • the potting covers at least in places the contact surfaces of the housing body. It is also possible that the potting completely covers the contact surfaces of the housing body.
  • the potting may be permeable to radiation from the
  • Semiconductor chip emitted electromagnetic radiation is absorbed by the casting.
  • the potting may not exceed 10% of that emitted by the semiconductor chip
  • the potting absorbs at most 2% of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the encapsulation is thus transparent to radiation from the semiconductor chip emitted electromagnetic radiation, so that the
  • Electromagnetic radiation on a side facing away from the semiconductor chip top of the potting can escape from the potting.
  • the potting may be formed, for example, with silicone, an epoxide, a polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • the potting is applied to the semiconductor chip and completely covers it on its top side. Furthermore, the potting completely covers the semiconductor chip on the side surfaces of the semiconductor chip which are not in contact with the chip mounting surface.
  • the method further comprises the step of introducing scattering particles into the potting.
  • the potting may have a matrix material, in which the scattering particles are introduced.
  • Stray particles can have different shapes and sizes.
  • the scattering particles can, for example, absorb or reflect the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip and they can
  • the scattering particles can be formed, for example, with silicon dioxide or with glass.
  • the method further comprises the step of at least partially removing the potting on a side of the potting facing away from the semiconductor chip so that at least some scattering particles are at least locally free of potting at the side of the potting facing away from the semiconductor chip.
  • the Grouting at the top of the potting of some scattering particles is at least locally removed.
  • the thermal expansion coefficient of the encapsulation with the scattering particles is influenced so that it has a smaller difference from the expansion coefficient of the housing body.
  • tension and delamination between the potting and the housing body can be avoided. This leads to a better stability and a longer life of the semiconductor device. The semiconductor device can therefore be operated more efficiently.
  • Semiconductor device improves and it can be viewed less from the outside in the semiconductor device.
  • the ratio of the refractive index from the casting to the Refractive index of the scattering particles at least 0.95 and
  • Refractive indices of the potting and the scattering particles are thus approximately equal or adjusted. It is also possible that the refractive indices of the potting and the scattering particles are the same. As the refractive indices of the casting and the
  • Scattering particles are matched or approximately equal, the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip is scattered at small angles to the scattering particles.
  • the potting is removed by at least one of these methods to expose some scattering particles at the top of the potting, at least in places. It is also possible that all scattering particles are at least partially exposed at the top of the potting. Thus become one
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a semiconductor component according to FIG. 1
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a
  • Figures 3, 4A and 4B show schematic
  • Sectional views of a semiconductor device are Sectional views of a semiconductor device.
  • FIGS 5A and 5B show schematic
  • Figure 1 is a schematic cross section through a
  • the semiconductor device 10 shown according to one embodiment.
  • the semiconductor device 10 includes a
  • the semiconductor chip 11 is designed to operate electromagnetic radiation, in particular light, too
  • the semiconductor chip 11 is on one
  • Chip mounting surface 18 is arranged.
  • the housing body 12 projects beyond the semiconductor chip 11 in the vertical direction z, which perpendicular to the main plane of extension of
  • the housing body 12 includes the semiconductor chip 11 facing side surfaces, which
  • the contact surfaces 17 may be absorbent for emitted from the semiconductor chip 11
  • the contact surfaces 17 may be formed black.
  • the housing body 12 is filled with a radiation-permeable encapsulation 13 up to a top side 16 facing away from the semiconductor chip 11. Therefore, the potting 13 covers the
  • the potting 13 completely covers the semiconductor chip 11.
  • the potting 13 is permeable to radiation from the
  • Semiconductor chip 11 emitted electromagnetic radiation.
  • Radiation may exit the semiconductor device 10 at the top 16 of the potting 13.
  • the encapsulation 13 thus has a light exit surface 15 on the upper side 16 of the encapsulation 13, through which emitted from the semiconductor chip 11
  • Electromagnetic radiation can escape.
  • scattering particles 14 are introduced.
  • the scattering particles 14 have the shape of a ball.
  • the scattering particles 14 are uniformly or homogeneously distributed in the potting 13 and they have different sizes.
  • the size distribution of the scattering particles 14 is relatively narrow, so that at least 70% of the scattering particles 14 have a diameter of at least 3 ym and at most 30 ym.
  • Scattering particles 14 may absorb or reflect the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip 11.
  • the ratio of the refractive index from the potting 13 to the Refractive index of the scattering particles 14 is at least 0.95 and at most 1.05.
  • the coefficient of thermal expansion of the encapsulation 13 is influenced by the scattering particles 14, so that it has a smaller difference from the expansion coefficient of the diffuser
  • Housing body 12 has. Thus, can be avoided by the introduction of the scattering particles 14 in the potting 13 tensions between the potting 13 and the housing body 12 and a delamination of the potting 13. This leads to a better stability and a longer life of the
  • the semiconductor device 10 can thus be operated more efficiently.
  • the scattering particles 14 are free in places of the potting 13. That is, the
  • Streupizer 14 at the top 16 protrude in places from the potting 13 out.
  • enlarged section of the top 16 of the potting 13 is shown that the
  • Scattering particles 14 on the top 16 are not completely surrounded or covered by the potting 13. That is, the
  • Streupumble 14 on the top 16 are exposed in places and are, for example, only at most 60% of its outer surface with the potting 13 in direct contact. In order to remove the potting 13 at the top 16 in places from the scattering particles 14, this is locally removed.
  • the potting 13 can be removed from the scattering particles 14 by plasma treatment, wet blasting or etching.
  • the potting 13 at the top 16 at least
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a semiconductor component 10 according to another example
  • the semiconductor device 10 has three semiconductor chips 11, which in lateral
  • Direction x are arranged side by side, wherein the lateral direction x is perpendicular to the vertical direction z.
  • Semiconductor chips 11 are arranged on a chip mounting surface 18 of a printed circuit board 19 or a lead frame.
  • the semiconductor chips 11 can be electrically contacted via the printed circuit board 19.
  • the scattering particles 14 in the casting 13 are not shown.
  • the semiconductor chips 11 may, for example, light in
  • a first semiconductor chip 11 may emit blue light, a second one
  • Semiconductor chip 11 emit green light and a third semiconductor chip 11 emit red light.
  • the semiconductor device 10 can be used in screens, video walls or virtual messaging systems (VMS).
  • VMS virtual messaging systems
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a semiconductor component.
  • the semiconductor device has the same structure as the semiconductor device shown in FIG. 2, and in the semiconductor device shown in FIG. 3, no scattering particles 14 are inserted into the encapsulation 13. Therefore, the potting 13 has a smooth surface. Light coming from outside the semiconductor device.
  • Semiconductor device on the top 16 of the potting 13 meets is reflected there, so that from a viewer from the outside a mirror reflection is perceived.
  • the light is shown in Figure 3 as a single light rays.
  • the portion of the incident light from outside, which is not reflected on the top 16, can on the circuit board 19th be reflected and thus produce at the exit from the semiconductor device another mirror reflex. Through the mirror reflections, a viewer can be dazzled.
  • the thermal expansion coefficients of the potting 13 and the case body 12 are different. Therefore, there may be a delamination of the potting 13 at the contact surfaces 17.
  • FIGS. 4A and 4B Sectional views of another semiconductor device shown.
  • the semiconductor device in FIGS. 4A and 4B has the same structure as the semiconductor device shown in FIG.
  • Scattering particles 14 is at least 0.95 and at most 1.05, the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip 11 is largely scattered at the scattering particles 14 in the direction of the top 16 of the casting 13 and not in
  • Semiconductor chip 11 emitted light is shown by way of example in Figure 4A for the semiconductor chip 11, which is arranged in the middle.
  • optical losses due to scattering and absorption on the housing body 12 are reduced.
  • Semiconductor device can be operated more efficiently.
  • the light which is reflected directly at the top side 16 generates a mirror reflex, since in the illustrated semiconductor component the scattering particles 14 on the top side 16 are not exposed.
  • FIGS. 5A and 5B are schematic representations of a semiconductor component 10 according to another
  • FIGS. 5A and 5B have the same structure as shown in FIG. FIG. 5A shows that the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chips 11 is scattered at the scattering particles 14.
  • the scattering particles 14 are arranged regularly. But it is also possible that the scattering particles 14 are arranged irregularly. Since incident light from the outside is scattered on the scattering particles 14, which are partially free of the potting 13, a mirror reflex is reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) angegeben mit: - mindestens einem Halbleiterchip (11) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, - einem Gehäusekörper (12), in dem der Halbleiterchip (11) angeordnet ist und der mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss (13) befüllt ist, wobei - der Verguss (13) den Halbleiterchip (11) vollständig bedeckt, - Streupartikel (14) in den Verguss (13) eingebracht sind, - manche der Streupartikel (14) an einer dem Halbleiterchip (11) abgewandten Seite des Verguss (13) zumindest stellenweise frei vom Verguss (13) sind, und - das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss (13) zum Brechungsindex der Streupartikel (14) mindestens 0,95 und höchstens 1,05 beträgt. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das effizient betrieben werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines effizienten
optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement mindestens einen Halbleiterchip zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung. Der
Halbleiterchip ist dazu ausgelegt im Betrieb
elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu
emittieren. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum
Beispiel um einen Lumineszenzdiodenchip wie einen
Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper, in dem der
Halbleiterchip angeordnet ist. Der Halbleiterchip ist in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet. Der
Gehäusekörper kann auf eine Leiterplatte aufgebracht sein.
Der Gehäusekörper und die Leiterplatte können mithilfe eines Verbindungsmittels oder verbindungsmittelfrei miteinander verbunden sein. Die Leiterplatte kann eine Chipmontagefläche aufweisen, auf welcher der Halbleiterchip angeordnet sein kann. Alternativ zu einer Leiterplatte kann das
optoelektronische Halbleiterbauelement einen metallischen Leiterrahmen umfassen, der vom Material des Gehäusekörpers umgeben, zum Beispiel umspritzt ist. Der Leiterrahmen kann in der Ausnehmung des Gehäuses stellenweise frei liegen und der Halbleiterchip ist auf dem Leiterrahmen befestigt und
elektrisch leitend mit diesem verbunden. Falls das Halbleiterbauelement mehr als einen Halbleiterchip umfasst, können die Halbleiterchips in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet sein, wobei die laterale Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der Leiterplatte ist. Der Gehäusekörper umgibt den Halbleiterchip zumindest stellenweise. Der Gehäusekörper umfasst dem Halbleiterchip zugewandte Seitenflächen, welche Kontaktflächen bilden. Die Kontaktflächen können absorbierend für vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung sein. Beispielsweise können die Kontaktflächen schwarz ausgebildet sein.
Bevorzugt überragt der Gehäusekörper den Halbleiterchip in vertikaler Richtung, wobei die vertikale Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gehäusekörper mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss befüllt. Der
Verguss kann insbesondere in die Ausnehmung des
Gehäusekörpers gefüllt sein. Das heißt, zumindest ein Teil der im Betrieb vom Halbleiterchip erzeugten
elektromagnetischen Strahlung kann den Verguss ohne vom
Gehäusekörper absorbiert zu werden durchlaufen. Der strahlungsdurchlässige Verguss kann in die Ausnehmung des Gehäusekörpers gefüllt sein. Der Verguss kann bis zu einer Oberseite des Gehäusekörpers reichen, die zum Beispiel der Leiterplatte oder dem Leiterrahmen abgewandt ist oder den Gehäusekörper überragen. Der Verguss bedeckt zumindest stellenweise die Kontaktflächen des Gehäusekörpers. Es ist auch möglich, dass der Verguss die Kontaktflächen des
Gehäusekörpers vollständig bedeckt. Der Verguss kann strahlungsdurchlässig für die vom
Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung sein. Das bedeutet, dass nur ein geringer Anteil der vom
Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung vom Verguss absorbiert wird. Beispielsweise kann der Verguss höchstens 10 % der vom Halbleiterchip emittierten
elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Bevorzugt
absorbiert der Verguss höchstens 2 % der vom Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung. Der Verguss ist somit strahlungsdurchlässig für die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung, so dass die
elektromagnetische Strahlung an einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite des Verguss aus dem Verguss austreten kann . Der Verguss kann beispielsweise mit Silikon, einem Epoxid, einem Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der Verguss den Halbleiterchip an seinen frei liegenden Außenflächen
vollständig. Das bedeutet, dass der Verguss auf den
Halbleiterchip aufgebracht ist und diesen an der der
Leiterplatte abgewandten Seite vollständig bedeckt. Des Weiteren bedeckt der Verguss den Halbleiterchip vollständig an den Seitenflächen des Halbleiterchips, welche nicht in Kontakt mit der Chipmontagefläche sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Streupartikel in den Verguss eingebracht. Dazu kann der Verguss ein
Matrixmaterial aufweisen, in welches die Streupartikel eingebracht sind. Die Streupartikel können unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Die Streupartikel können
insbesondere strahlungsundurchlässig sein. Das heißt, dass die Streupartikel die vom Halbleiterchip emittierte
elektromagnetische Strahlung absorbieren oder reflektieren. Es ist auch möglich, dass die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung an den Streupartikeln gestreut wird. Die Streupartikel können beispielsweise mit
Siliziumdioxid oder mit Glas gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind manche der
Streupartikel an einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Verguss zumindest stellenweise frei vom Verguss. Die dem Halbleiterchip abgewandte Seite des Verguss stellt eine
Oberseite des Verguss dar. Aus der Oberseite des Verguss ragen manche der Streupartikel zumindest stellenweise aus dem Verguss heraus. Die Streupartikel, die aus dem Verguss herausragen, sind somit nicht vollständig vom Verguss umgeben oder bedeckt. Damit manche Streupartikel an der Oberseite des Verguss zumindest stellenweise frei vom Verguss sind, kann der Verguss zumindest stellenweise von manchen Streupartikeln entfernt oder abgetragen werden.
Somit weist der Verguss an der Oberseite zumindest
stellenweise keine glatte Oberfläche auf, sondern eine raue Oberfläche, aus welcher manche Streupartikel herausragen. Die Oberfläche an der Oberseite des Verguss bildet eine
Lichteintrittsfläche für Licht, welches von außerhalb des Halbleiterbauelements auf dieses auftrifft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der
Streupartikel mindestens 0,95 und höchstens 1,05. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der Streupartikel mindestens 0,98 und
höchstens 1,02. Die Brechungsindices des Verguss und der
Streupartikel sind somit ungefähr gleich oder angepasst. Es ist auch möglich, dass die Brechungsindices des Verguss und der Streupartikel gleich sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement mindestens einen Halbleiterchip zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, und einen
Gehäusekörper, in dem der Halbleiterchip angeordnet ist und der mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss befüllt ist. Dabei bedeckt der Verguss den Halbleiterchip vollständig, Streupartikel sind in den Verguss eingebracht, manche der Streupartikel sind an einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Verguss zumindest stellenweise frei vom Verguss, und das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum
Brechungsindex der Streupartikel beträgt mindestens 0,95 und höchstens 1,05.
Dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement liegt unter anderem die Idee zugrunde, dass die Stabilität und die
Lebensdauer des Halbleiterbauelements durch das Einbringen der Streupartikel in den Verguss verbessert werden. Die Materialien des Gehäusekörpers und des Verguss weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Daher kann es ohne das Einbringen der Streupartikel zu einer Delamination oder Ablösung des Verguss vom Gehäusekörper beispielsweise an den Kontaktflächen kommen. Durch eine
Delamination wird das Halbleiterbauelement beschädigt und somit die Stabilität und die Lebensdauer reduziert. Durch das Einbringen der Streupartikel in den Verguss wird jedoch der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss mit den
Streupartikeln beeinflusst, so dass dieser einen geringeren Unterschied zum Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers aufweist. Somit können durch das Einbringen der Streupartikel in den Verguss Verspannungen zwischen dem Verguss und dem Gehäusekörper und eine Delamination des Verguss vermieden werden. Dies führt zu einer besseren Stabilität und einer längeren Lebensdauer des Halbleiterbauelements. Das
Halbleiterbauelement kann also effizienter betrieben werden.
Des Weiteren verbessern die Streupartikel im Verguss die optischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements. Da das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der Streupartikel mindestens 0,95 und höchstens 1,05 beträgt, wird die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung unter kleinen Winkeln an den Streupartikeln
gestreut .
Dadurch dass manche Streupartikel an der Oberseite des
Verguss zumindest stellenweise frei vom Verguss sind, wird Licht, welches von außerhalb des Halbleiterbauelements auf die Oberseite des Verguss trifft, an den Streupartikeln an der Oberseite des Verguss gestreut. Somit wird ein
Spiegelreflex, also eine spiegelnde Reflexion, an der
Oberseite des Verguss reduziert. Das Licht, welches auf die Oberseite des Verguss trifft wird stark aufgefächert und in verschiedene Richtungen gestreut. Im Gegensatz dazu würde an einer glatten Oberseite von außerhalb auftreffendes Licht einen Spiegelreflex erzeugen, welcher einen Betrachter blenden könnte. Durch die Reduzierung des Spiegelreflexes wird außerdem der Kontrast des Halbleiterbauelements
verbessert und es kann von außen weniger in das
Halbleiterbauelement eingesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Streupartikel homogen im Verguss verteilt. Das bedeutet, dass die
Streupartikel gleichmäßig im Verguss verteilt sind. Es gibt also keine Bereiche im Verguss, in denen sich eine wesentlich größere Anzahl von Streupartikeln befindet als in gleich großen anderen Bereichen. Die Streupartikel können zufällig im Verguss verteilt sein. Die Streupartikel werden so in den Verguss eingebracht, dass keine Anhäufung von Streupartikeln in bestimmten Bereichen angestrebt wird, sondern eine
gleichmäßige Verteilung der Streupartikel im Verguss. Durch eine homogene Verteilung der Streupartikel im Verguss kann eine homogene Abstrahlung der vom Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Streupartikel inhomogen im Verguss verteilt. Das bedeutet, dass die
Streupartikel nicht gleichmäßig im Verguss verteilt sind. Es gibt also Bereiche im Verguss, in denen sich eine wesentlich größere Anzahl von Streupartikeln befindet als in anderen gleich großen Bereichen. Es ist auch möglich, dass die
Gewichtskonzentration der Streupartikel im Verguss in manchen Bereichen größer ist als in anderen Bereichen des Verguss. Beispielsweise kann die Verteilung der Streupartikel im
Verguss einen Gradienten in vertikaler Richtung aufweisen. Das bedeutet, dass sich beispielsweise in der Nähe des Halbleiterchips mehr Streupartikel im Verguss befinden als in der Nähe der Oberseite des Verguss. In diesem Fall kann die mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements durch die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Verguss mit den Streupartikeln an den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers verbessert werden. Es ist weiter möglich, dass sich in der Nähe der Oberseite mehr Streupartikel im Verguss befinden als in der Nähe des Halbleiterchips. Somit kann die Rauigkeit der
Oberfläche des Verguss erhöht werden, da eine Vielzahl von Streupartikeln aus dem Verguss herausragt. Es ist auch möglich, dass die Verteilung der Streupartikel im Verguss einen anderen Gradienten oder mehrere Gradienten aufweist. Durch einen Gradienten in vertikaler Richtung können zum Beispiel die mechanischen Eigenschaften des
Halbleiterbauelements verbessert werden. Beispielsweise kann die Stabilität des Halbleiterbauelements verbessert werden, indem die Streupartikel das thermische Ausdehnungsverhalten des Verguss mit den Streupartikeln beeinflussen, so dass die Haftung zwischen dem Verguss und dem Gehäusekörper verbessert ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die
Konzentration der Streupartikel im Verguss mindestens 10
Gewichtsprozent und höchstens 50 Gewichtsprozent bezogen auf das gesamte Gewicht des Verguss und der Streupartikel. Der Anteil des Gewichts aller Streupartikel am gesamten Gewicht der Streupartikel und des Verguss beträgt somit mindestens 10 Gewichtsprozent und höchstens 50 Gewichtsprozent. Für diesen Bereich der Konzentration der Streupartikel wird eine
Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Verguss mit den Streupartikeln an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers erreicht. Somit werden die Stabilität und die Lebensdauer für das
Halbleiterbauelement für diese Konzentrationen der
Streupartikel verbessert. Außerdem wird für diese
Konzentrationen der Streupartikel die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung effizient aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen mindestens 70 % der Streupartikel einen Durchmesser von mindestens 3 ym und höchstens 30 ym auf. Falls ein Streupartikel die Form einer Kugel aufweist ist der Durchmesser des Streupartikels durch den Durchmesser der Kugel gegeben. Falls ein Streupartikel eine andere Form aufweist, ist der Durchmesser des
Streupartikels durch den Durchmesser der kleinstmöglichen Kugel, welche das jeweilige Streupartikel vollständig
beinhaltet, gegeben. Das Volumen dieser kleinstmöglichen Kugel ist somit größer als das Volumen des jeweiligen
Streupartikels. Die Streupartikel weisen also eine enge
Verteilung der Durchmesser der Streupartikel auf. Bevorzugt ist der Durchmesser von keinem der Streupartikel kleiner als 2 ym. Weisen die Streupartikel einem Durchmesser von
mindestens 3 ym und höchstens 30 ym auf und beträgt
gleichzeitig das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der Streupartikel mindestens 0,95 und höchstens 1,05, so wird eine vorwärts gerichtete
Kleinwinkelstreuung ermöglicht. Das bedeutet, dass die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung durch die Streupartikel hauptsächlich in Richtung der Oberseite des Verguss gestreut wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen mindestens 90 % der Streupartikel einen Durchmesser von mindestens 3 ym und höchstens 30 ym auf. Somit kann die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung effizient aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Streupartikel näherungsweise die Form einer Kugel auf.
Näherungsweise bedeutet hier, dass die Form der Streupartikel geringfügig von der Form einer Kugel abweichen kann. Es ist auch möglich, dass die Streupartikel genau die Form einer Kugel aufweisen. Näherungsweise kugelförmige Streupartikel ermöglichen eine effiziente Auskopplung der vom
Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterbauelement. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Streupartikel eine andere Form als die Form einer Kugel auf. Beispielsweise können die Streupartikel flockenartig oder scheibenförmig sein Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der thermische Ausdehnungskoeffizient der Streupartikel kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss. Das bedeutet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der Streupartikel kleiner ist als der thermische
Ausdehnungskoeffizient des Materials des Verguss. Somit kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss mit den Streupartikeln an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers angepasst werden. Daher treten weniger Verspannungen zwischen dem Verguss und dem Gehäusekörper auf und die Stabilität und die Lebensdauer des
Halbleiterbauelements sind verbessert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der thermische Ausdehnungskoeffizient der Streupartikel kleiner als 15 ppm/K. Das bedeutet, dass der thermische
Ausdehnungskoeffizient des Materials der Streupartikel kleiner als 15 ppm/K ist. Bevorzugt ist der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Streupartikel kleiner als 5 ppm/K. Für diese Werte des Ausdehnungskoeffizienten der
Streupartikel kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss mit den Streupartikeln beeinflusst werden, so dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss mit den Streupartikeln an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers angepasst ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauelement mindestens drei Halbleiterchips zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf. Dabei können die mindestens drei Halbleiterchips elektromagnetische
Strahlung verschiedener Wellenlängen emittieren.
Beispielsweise kann ein erster Halbleiterchip
elektromagnetische Strahlung in einem ersten
Wellenlängenbereich emittieren, ein zweiter Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung in einem zweiten
Wellenlängenbereich emittieren und ein dritter Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung in einem dritten
Wellenlängenbereich emittieren. Die drei Wellenlängenbereiche umfassen jeweils mindestens eine Wellenlänge. Dabei können die drei Wellenlängenbereiche unterschiedlich voneinander sein, sodass jeder Wellenlängenbereich mindestens eine
Wellenlänge aufweist, welche die anderen beiden
Wellenlängenbereiche nicht aufweisen.
Die Halbleiterchips können zum Beispiel Licht im sichtbaren Bereich emittieren. Beispielsweise kann der erste Halbleiterchip blaues Licht emittieren, der zweite
Halbleiterchip grünes Licht emittieren und der dritte
Halbleiterchip rotes Licht emittieren. Somit kann das
Halbleiterbauelement in Bildschirmen, Video-Walls oder Virtual messaging Systems (VMS) verwendet werden.
Durch die Streuung des emittierten Lichts an den
Streupartikeln ist eine Abschattung der Halbleiterchips, welche näher am Gehäusekörper angeordnet sind als andere Halbleiterchips, reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dem
Halbleiterchip abgewandte Seite des Verguss eine
Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterbauelements. Aus der Lichtaustrittsfläche kann vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung aus dem Halbleiterbauelement austreten. Welcher Anteil der vom Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung an der Lichtaustrittsfläche austreten kann, wird durch den Verguss und die Streupartikel beeinflusst.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist bevorzugt mit einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Mit anderen Worten, sämtliche für das optoelektronische
Halbleiterbauelement offenbarte Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem mindestens ein Halbleiterchip zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung in einem Gehäusekörper bereit gestellt wird. Der Halbleiterchip ist in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet. Der Gehäusekörper umgibt den
Halbleiterchip zumindest stellenweise. Der Gehäusekörper umfasst dem Halbleiterchip zugewandte Seitenflächen, welche Kontaktflächen bilden. Die Kontaktflächen können absorbierend für vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische
Strahlung sein. Beispielsweise können die Kontaktflächen schwarz ausgebildet sein. Zum Beispiel überragt der
Gehäusekörper den Halbleiterchip in vertikaler Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter den Schritt des Befüllens des Gehäusekörpers mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss, welcher den Halbleiterchip vollständig bedeckt. Der strahlungsdurchlässige Verguss kann in die Ausnehmung des Gehäusekörpers gefüllt sein. Der
Verguss kann bis zu einer Oberseite des Gehäusekörpers reichen oder den Gehäusekörper überragen. Der Verguss bedeckt zumindest stellenweise die Kontaktflächen des Gehäusekörpers. Es ist auch möglich, dass der Verguss die Kontaktflächen des Gehäusekörpers vollständig bedeckt.
Der Verguss kann strahlungsdurchlässig für die vom
Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung sein. Das bedeutet, dass nur ein geringer Anteil der vom
Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung vom Verguss absorbiert wird. Beispielsweise kann der Verguss höchstens 10 % der vom Halbleiterchip emittierten
elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Bevorzugt
absorbiert der Verguss höchstens 2 % der vom Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung. Der Verguss ist somit strahlungsdurchlässig für die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung, so dass die
elektromagnetische Strahlung an einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite des Verguss aus dem Verguss austreten kann. Der Verguss kann beispielsweise mit Silikon, einem Epoxid, einem Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) gebildet sein.
Der Verguss ist auf den Halbleiterchip aufgebracht und bedeckt diesen an seiner Oberseite vollständig. Des Weiteren bedeckt der Verguss den Halbleiterchip vollständig an den Seitenflächen des Halbleiterchips, welche nicht im Kontakt mit der Chipmontagefläche sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter den Schritt des Einbringens von Streupartikeln in den Verguss. Dazu kann der Verguss ein Matrixmaterial aufweisen, in welches die Streupartikel eingebracht sind. Die
Streupartikel können unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Die Streupartikel können die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung beispielsweise absorbieren oder reflektieren und sie können
strahlungsundurchlässig sein. Es ist auch möglich, dass die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung an den Streupartikeln gestreut wird. Die Streupartikel können beispielsweise mit Siliziumdioxid oder mit Glas gebildet sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter den Schritt des zumindest stellenweisen Abtragens des Verguss an einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Verguss, so dass zumindest manche Streupartikel an der dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Verguss zumindest stellenweise frei vom Verguss sind. Das bedeutet, dass der Verguss an der Oberseite des Verguss von manchen Streupartikeln zumindest stellenweise entfernt wird. Somit weist der Verguss an der Oberseite zumindest stellenweise keine glatte Oberfläche auf, sondern eine raue Oberfläche, aus welcher manche Streupartikel herausragen. Die Oberfläche an der Oberseite des Verguss bildet eine Lichteintrittsfläche für Licht, welches von außerhalb des Halbleiterbauelements auf dieses auftrifft.
Durch das Einbringen der Streupartikel in den Verguss wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss mit den Streupartikeln beeinflusst, so dass dieser einen geringeren Unterschied zum Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers aufweist. Somit können durch das Einbringen der Streupartikel in den Verguss Verspannungen und Delamination zwischen dem Verguss und dem Gehäusekörper vermieden werden. Dies führt zu einer besseren Stabilität und einer längeren Lebensdauer des Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement kann also effizienter betrieben werden.
Dadurch dass der Verguss von manchen Streupartikeln an der Oberseite des Verguss zumindest stellenweise abgetragen wird, wird Licht, welches von außerhalb des Halbleiterbauelements auf die Oberseite des Verguss trifft, an den Streupartikeln an der Oberseite des Verguss gestreut. Durch die Streuung des auftreffenden Lichts an der rauen Oberfläche des Verguss, wird ein Spiegelreflex an der Oberseite des Verguss
vermieden. Außerdem wird der Kontrast des
Halbleiterbauelements verbessert und es kann von außen weniger in das Halbleiterbauelement eingesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der Streupartikel mindestens 0,95 und
höchstens 1,05. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des
Brechungsindex vom Verguss zum Brechungsindex der
Streupartikel mindestens 0,98 und höchstens 1,02. Die
Brechungsindices des Verguss und der Streupartikel sind somit ungefähr gleich oder angepasst. Es ist auch möglich, dass die Brechungsindices des Verguss und der Streupartikel gleich sind. Da die Brechungsindices des Verguss und der
Streupartikel angepasst oder ungefähr gleich sind, wird die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung unter kleinen Winkeln an den Streupartikeln gestreut.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Verguss an der dem Halbleiterchip abgewandten Seite des
Verguss durch mindestens eins der folgenden Verfahren
abgetragen :
- Plasma-Behandlung,
- Wetblasting,
- Anätzen.
Der Verguss wird durch mindestens eins dieser Verfahren abgetragen, um manche Streupartikel an der Oberseite des Verguss zumindest stellenweise freizulegen. Es ist auch möglich, dass alle Streupartikel an der Oberseite des Verguss zumindest stellenweise freigelegt werden. Somit werden ein
Spiegelreflex an der Oberseite des Verguss reduziert und der Kontrast des Halbleiterbauelements verbessert.
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement und das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines
Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel . Die Figuren 3, 4A und 4B zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines Halbleiterbauelements.
Die Figuren 5A und 5B zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines Halbleiterbauelements gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. In Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein
Halbleiterbauelement 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Halbleiterbauelement 10 umfasst einen
Gehäusekörper 12, in dem ein Halbleiterchip 11 angeordnet ist. Der Halbleiterchip 11 ist dazu ausgelegt im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu
emittieren. Der Halbleiterchip 11 ist auf einer
Chipmontagefläche 18 angeordnet. Der Gehäusekörper 12 überragt den Halbleiterchip 11 in vertikaler Richtung z, welche senkrecht zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterchips 11 ist. Der Gehäusekörper 12 umfasst dem Halbleiterchip 11 zugewandte Seitenflächen, welche
Kontaktflächen 17 bilden. Die Kontaktflächen 17 können absorbierend für vom Halbleiterchip 11 emittierte
elektromagnetische Strahlung sein. Beispielsweise können die Kontaktflächen 17 schwarz ausgebildet sein.
Der Gehäusekörper 12 ist bis zu einer dem Halbleiterchip 11 abgewandten Oberseite 16 mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss 13 befüllt. Daher bedeckt der Verguss 13 die
Kontaktflächen 17 des Gehäusekörpers 12 vollständig. Außerdem bedeckt der Verguss 13 den Halbleiterchip 11 vollständig. Der Verguss 13 ist strahlungsdurchlässig für die vom
Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung. Die vom Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische
Strahlung kann an der Oberseite 16 des Verguss 13 aus dem Halbleiterbauelement 10 austreten. Der Verguss 13 weist also eine Lichtaustrittsfläche 15 an der Oberseite 16 des Verguss 13 auf, durch welche vom Halbleiterchip 11 emittierte
elektromagnetische Strahlung austreten kann.
In den Verguss 13 sind Streupartikel 14 eingebracht. Die Streupartikel 14 weisen die Form einer Kugel auf. Außerdem sind die Streupartikel 14 gleichmäßig oder homogen im Verguss 13 verteilt und sie weisen unterschiedliche Größen auf. Die Größenverteilung der Streupartikel 14 ist relativ eng, so dass mindestens 70 % der Streupartikel 14 einen Durchmesser von mindestens 3 ym und höchstens 30 ym aufweisen. Die
Streupartikel 14 können die vom Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung absorbieren oder reflektieren. Das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss 13 zum Brechungsindex der Streupartikel 14 ist mindestens 0,95 und höchstens 1,05.
Durch das Einbringen der Streupartikel 14 in den Verguss 13 wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss 13 mit den Streupartikeln 14 beeinflusst, so dass dieser einen geringeren Unterschied zum Ausdehnungskoeffizienten des
Gehäusekörpers 12 aufweist. Somit können durch das Einbringen der Streupartikel 14 in den Verguss 13 Verspannungen zwischen dem Verguss 13 und dem Gehäusekörper 12 und eine Delamination des Verguss 13 vermieden werden. Dies führt zu einer besseren Stabilität und einer längeren Lebensdauer des
Halbleiterbauelements 10. Das Halbleiterbauelement 10 kann also effizienter betrieben werden.
An der Oberseite 16 des Verguss 13 sind die Streupartikel 14 stellenweise frei vom Verguss 13. Das heißt, die
Streupartikel 14 an der Oberseite 16 ragen stellenweise aus dem Verguss 13 heraus. Im vergrößert dargestellten Ausschnitt der Oberseite 16 des Verguss 13 ist gezeigt, dass die
Streupartikel 14 an der Oberseite 16 nicht vollständig vom Verguss 13 umgeben oder bedeckt sind. Das heißt, die
Streupartikel 14 an der Oberseite 16 liegen stellenweise frei und sind zum Beispiel nur an höchstens 60 % ihrer Außenfläche mit dem Verguss 13 in direktem Kontakt. Um den Verguss 13 an der Oberseite 16 stellenweise von den Streupartikeln 14 zu entfernen, wird dieser stellenweise entfernt. Beispielsweise kann der Verguss 13 durch Plasma-Behandlung, Wetblasting oder Anätzen von den Streupartikeln 14 entfernt werden. Somit weist der Verguss 13 an der Oberseite 16 zumindest
stellenweise keine glatte Oberfläche auf, sondern eine raue Oberfläche, aus welcher manche Streupartikel 14 herausragen. In Figur 2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterbauelements 10 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Halbleiterbauelement 10 weist drei Halbleiterchips 11 auf, welche in lateraler
Richtung x nebeneinander angeordnet sind, wobei die laterale Richtung x senkrecht zur vertikalen Richtung z ist. Die
Halbleiterchips 11 sind auf einer Chipmontagefläche 18 einer Leiterplatte 19 oder eines Leiterrahmens angeordnet. Die Halbleiterchips 11 können über die Leiterplatte 19 elektrisch kontaktiert werden. Die Streupartikel 14 im Verguss 13 sind nicht dargestellt.
Die Halbleiterchips 11 können zum Beispiel Licht im
sichtbaren Bereich emittieren. Beispielsweise kann ein erster Halbleiterchip 11 blaues Licht emittieren, ein zweiter
Halbleiterchip 11 grünes Licht emittieren und ein dritter Halbleiterchip 11 rotes Licht emittieren. Somit kann das Halbleiterbauelement 10 in Bildschirmen, Video-Walls oder Virtual messaging Systems (VMS) verwendet werden.
In Figur 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterbauelements gezeigt. Das Halbleiterbauelement weist den gleichen Aufbau wie das Halbleiterbauelement, welches in Figur 2 gezeigt ist auf, wobei bei dem in Figur 3 gezeigten Halbleiterbauelement keine Streupartikel 14 in den Verguss 13 eingebracht sind. Daher weist der Verguss 13 eine glatte Oberfläche auf. Licht, welches von außerhalb des
Halbleiterbauelements auf die Oberseite 16 des Verguss 13 trifft, wird dort reflektiert, so dass von einem Betrachter von außen ein Spiegelreflex wahrgenommen wird. Das Licht ist in Figur 3 als einzelne Lichtstrahlen dargestellt. Der Anteil des von außerhalb auftreffenden Lichts, welcher nicht an der Oberseite 16 reflektiert wird, kann an der Leiterplatte 19 reflektiert werden und somit beim Austritt aus dem Halbleiterbauelement einen weiteren Spiegelreflex erzeugen. Durch die Spiegelreflexe kann ein Betrachter geblendet werden. Des Weiteren sind bei diesem Halbleiterbauelement die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verguss 13 und des Gehäusekörpers 12 unterschiedlich. Daher kann es zu einer Delamination des Verguss 13 an den Kontaktflächen 17 kommen.
In den Figuren 4A und 4B sind schematische
Schnittdarstellungen eines weiteren Halbleiterbauelements gezeigt. Das Halbleiterbauelement in den Figuren 4A und 4B weist den gleichen Aufbau wie das Halbleiterbauelement, welches in Figur 3 dargestellt ist, auf, wobei im
Halbleiterbauelement der Figur 4A und 4B Streupartikel 14 in den Verguss 13 eingebracht sind. Da das Verhältnis des
Brechungsindex vom Verguss 13 zum Brechungsindex der
Streupartikel 14 mindestens 0,95 und höchstens 1,05 beträgt, wird die vom Halbleiterchip 11 emittierte elektromagnetische Strahlung größtenteils an den Streupartikeln 14 in Richtung der Oberseite 16 des Verguss 13 gestreut und nicht in
Richtung des Gehäusekörpers 12. Die Streuung des vom
Halbleiterchip 11 emittierten Lichts ist exemplarisch in Figur 4A für den Halbleiterchip 11, welcher in der Mitte angeordnet ist, gezeigt. Somit werden optische Verluste durch Streuung und Absorption am Gehäusekörper 12 reduziert. Durch die Reduzierung optischer Verluste kann das
Halbleiterbauelement effizienter betrieben werden.
In Verbindung mit Figur 4B ist gezeigt, dass Licht, welches von außerhalb des Halbleiterbauelements in den Verguss 13 eintritt, an der Leiterplatte 19 reflektiert wird.
Anschließend wird das reflektierte Licht an den
Streupartikeln 14 gestreut, so dass dieses unter einer Vielzahl von Winkeln wieder aus dem Halbleiterbauelement austritt. Somit erzeugt das an der Leiterplatte 19
reflektierte Licht keinen Spiegelreflex an der Oberseite 16 des Verguss 13. Das Licht, welches direkt an der Oberseite 16 reflektiert wird, erzeugt jedoch einen Spiegelreflex, da bei dem dargestellten Halbleiterbauelement die Streupartikel 14 an der Oberseite 16 nicht freiliegen.
In den Figuren 5A und 5B sind schematische Darstellungen eines Halbleiterbauelements 10 gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Halbleiterbauelemente 10 in den Figuren 5A und 5B weisen den gleichen Aufbau wie in Figur 2 gezeigt auf. In Figur 5A ist gezeigt, dass die von den Halbleiterchips 11 emittierte elektromagnetische Strahlung an den Streupartikeln 14 gestreut wird. Somit tritt die
emittierte elektromagnetische Strahlung unter verschiedenen Winkeln aus dem Halbleiterbauelement 10 aus. Durch die
Streuung an den Streupartikeln 14 im Verguss 13 wird die von den drei Halbleiterchips 11 emittierte elektromagnetische Strahlung mit gleicher oder ungefähr gleicher Intensität vom Halbleiterbauelement 10 emittiert. Durch die Streuung an den Streupartikeln 14 ist daher eine Abschattung der
Halbleiterchips 11 am Rand durch den Gehäusekörper 12
reduziert .
In Verbindung mit Figur 5B ist gezeigt, dass Licht, welches von außerhalb auf das Halbleiterbauelement 10 auftrifft, an den Streupartikeln 14 an der Oberseite 16 des Verguss 13 gestreut wird. In dem Einschub in Figur 5B ist eine
vergrößerte Ansicht der Oberseite 16 mit den Streupartikeln 14 gezeigt, welche teilweise frei vom Verguss 13 sind. In diesem Fall sind die Streupartikel 14 regelmäßig angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die Streupartikel 14 unregelmäßig angeordnet sind. Da von außen auftreffendes Licht an den Streupartikeln 14, welche teilweise frei vom Verguss 13 sind, gestreut wird, wird ein Spiegelreflex reduziert .
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.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 117 651.9, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
10 Halbleiterbauelement
11 Halbleiterchip
12 Gehausekörper
13 Verguss
14 Streupartikel
15 Lichtaustrittsfläche
16 Oberseite
17 Kontaktfläche
18 Chipmontagefläche
19 Leiterplatte
x : laterale Richtung z : vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit:
- mindestens einem Halbleiterchip (11) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung,
- einem Gehäusekörper (12), in dem der Halbleiterchip (11) angeordnet ist und der mit einem strahlungsdurchlässigen Verguss (13) befüllt ist, wobei
- der Verguss (13) den Halbleiterchip (11) vollständig bedeckt,
- Streupartikel (14) in den Verguss (13) eingebracht sind,
- manche der Streupartikel (14) an einer dem Halbleiterchip (11) abgewandten Seite des Verguss (13) zumindest
stellenweise frei vom Verguss (13) sind, und
- das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss (13) zum Brechungsindex der Streupartikel (14) mindestens 0,95 und höchstens 1,05 beträgt.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Streupartikel (14) homogen im Verguss (13) verteilt sind.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß
Anspruch 1, bei dem die Streupartikel (14) inhomogen im Verguss (13) verteilt sind.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Konzentration der Streupartikel (14) im Verguss (13) mindestens 10
Gewichtsprozent und höchstens 50 Gewichtsprozent bezogen auf das gesamte Gewicht des Verguss (13) und der Streupartikel (14) beträgt.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mindestens 70 % der
Streupartikel (14) einen Durchmesser von mindestens 3 ym und höchstens 30 ym aufweisen.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mindestens 90 % der
Streupartikel (14) einen Durchmesser von mindestens 3 ym und höchstens 30 ym aufweisen.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Streupartikel (14) näherungsweise die Form einer Kugel aufweisen.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Streupartikel (14) kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verguss (13) ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Streupartikel (14) kleiner als 15 ppm/K ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, welches mindestens drei
Halbleiterchips (11) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die dem Halbleiterchip (11) abgewandte Seite des Verguss (13) eine Lichtaustrittsfläche (15) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (10), mit den Schritten:
- Bereitstellen mindestens eines Halbleiterchips (11) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung in einem
Gehäusekörper (12),
- Befüllen des Gehäusekörpers (12) mit einem
strahlungsdurchlässigen Verguss (13), welcher den
Halbleiterchip (11) vollständig bedeckt,
- Einbringen von Streupartikeln (14) in den Verguss (13), und - zumindest stellenweises Abtragen des Verguss (13) an einer dem Halbleiterchip (11) abgewandten Seite des Verguss (13), so dass zumindest manche Streupartikel (14) an der dem
Halbleiterchip (11) abgewandten Seite des Verguss (13) zumindest stellenweise frei vom Verguss (13) sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (10) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem das Verhältnis des Brechungsindex vom Verguss (13) zum Brechungsindex der Streupartikel (14) mindestens 0,95 und höchstens 1,05 beträgt.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (10) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem der Verguss (13) an der dem Halbleiterchip (11) abgewandten Seite des Verguss (13) durch mindestens eines der folgenden Verfahren abgetragen wird:
- Plasma-Behandlung,
- Wetblasting,
- Anätzen.
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