WO2019101745A1 - Vorrichtung mit leiterrahmen und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von vorrichtungen - Google Patents

Vorrichtung mit leiterrahmen und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von vorrichtungen Download PDF

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WO2019101745A1
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semiconductor chips
lead frame
envelope
enclosure
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Reiner Windisch
Florian BÖSL
Andreas DOBNER
Matthias Sperl
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the present application relates to a particular
  • Radiation emitting device and a method for producing such a device.
  • LED filaments are used in which a plurality of LEDs are arranged on a strip-shaped substrate and enclosed by a silicone matrix. These LED filaments form the filament of a conventional
  • Such filaments can be installed in a glass flask identical to the gas flask of
  • One object is to provide a device which is easy and reliable to produce and good
  • the device is a device specified, which is provided in particular for the generation of radiation, such as in the visible spectral range.
  • the device has in particular a
  • the device has a plurality of semiconductor chips which are set up to generate radiation.
  • the semiconductor chips are luminescence diode chips,
  • the radiation to be generated is, for example, in the ultraviolet, visible or infrared spectral range.
  • the device has at least five or at least ten semiconductor chips.
  • the semiconductor chips have two contacts provided for external electrical contacting, the contacts being accessible on the same side of the semiconductor chip, for example, a front side of the semiconductor chip.
  • a backside of the semiconductor chips is in particular free of electrical contacts.
  • the semiconductor chips have
  • Semiconductor body which is arranged on a substrate, such as a growth substrate for the epitaxial deposition.
  • the device has a carrier.
  • the carrier for example, the
  • Extension of the carrier along the main extension direction at least five times as large as in a transverse direction perpendicular thereto.
  • the maximum extension of the entire device is equal to the extension of the carrier along the main extension direction.
  • the semiconductor chips are arranged, for example, on the carrier and in particular attached to the carrier.
  • the semiconductor chips are along the
  • the carrier has a leadframe.
  • the lead frame has in particular two connection parts for external electrical contacting of the device.
  • the connection parts each form one from the outside for the external electrical
  • the lead frame is for example as a flat
  • Sheet metal formed For example, contains the
  • Lead frame copper or stainless steel or consists of such a material.
  • the lead frame may further be provided at least in places with a coating,
  • connection parts can furthermore be provided for fastening the device.
  • the Connecting parts of the device designed so that they are spot weldable.
  • the semiconductor chips are connected to one another in an electrically conductive manner, so that all the semiconductor chips can be operated electrically via the exactly two connection parts.
  • the device has an enclosure.
  • the carrier is surrounded at least in places along its entire circumference by the enclosure.
  • the sheath directly adjoins the semiconductor chips and can become
  • connection parts expediently in
  • a radiation conversion material may be embedded.
  • the radiation conversion material is intended for primary radiation generated by the semiconductor chips, for example radiation in the blue or ultraviolet
  • Spectral range at least partially in secondary radiation with a different from the primary radiation peak wavelength, for example in the yellow and / or red spectral range to convert, so that the device radiates a total of, for example, white light appearing to the human eye.
  • the envelope forms at least in places a side surface of the Device.
  • the side surface delimits the device in a direction perpendicular to the main extension direction of the carrier direction.
  • the side surface can be completely or essentially completely, for instance to an area fraction of at least 90% through the covering
  • the side surface has traces of a material removal.
  • the tracks are, for example, traces of a mechanical
  • Material removal such as by etching, or a material removal by coherent radiation, such as by a
  • the devices are separated from a composite.
  • the device can be mounted on two opposite side surfaces,
  • the device comprises a carrier and a plurality of
  • the semiconductor chips are arranged on the carrier.
  • the carrier is surrounded at least in places along its entire circumference by a sheath.
  • the enclosure forms at least in places a side surface of the device and the side surface has traces of a
  • the device is easy and reliable external electrical contactable.
  • the wrapper can also support the wearer in particular
  • the radiation generated in the semiconductor chips must traverse the cladding before it can exit the device.
  • the device has no point at which radiation can escape without having previously crossed the enclosure. The danger of a partially excessive radiation component of unconverted primary radiation can thus be avoided.
  • the side surface of the envelope extends perpendicular to a front side of the carrier at least in a partial region.
  • the term "vertical” in this context also includes minor production-related deviations of at most 10 °
  • the enclosure is integrally formed. Within the envelope, therefore, there are no interfaces at which parts of the envelope adjoin one another.
  • the sheath covers both the front of the wearer and a rear face opposite the front.
  • the carrier has at least one web, which extends up to the
  • the web is surrounded by the envelope along its entire circumference.
  • a cross-section of the envelope is perpendicular to
  • the envelope has a total of a cuboid basic shape.
  • a cross section of the envelope tapers perpendicular to the main extension direction of the device with increasing distance to the main extension direction.
  • the cross-section of the envelope is locally curved. Compared to a square cross-section is thus a more homogeneous
  • the device is in the carrier, in particular in the lead frame, at least one
  • the recess is
  • the radiation can pass through the recess
  • the carrier consists of the leadframe.
  • the lead frame is thus the only component of the carrier.
  • the connection parts of the leadframe are connected to one another in a mechanically stable manner exclusively via the cover.
  • Semiconductor chips are arranged on the lead frame.
  • all semiconductor chips are arranged on exactly one connection part of the leadframe.
  • the carrier has a shaped body.
  • the molded body is expediently designed to be electrically insulating.
  • the shaped body contains a plastic.
  • the plastic is through
  • a molding process is generally understood to mean a process by means of which a molding compound can be designed according to a predetermined shape and, if necessary, cured.
  • molding process includes molding, film assisted transfer molding, injection molding,
  • the molding is, for example, to the lead frame
  • the molded body directly adjoins the lead frame and follows the outer shape of the lead frame
  • the molded body connects the Connecting parts of the lead frame mechanically stable with each other.
  • the shaped body is expediently permeable to the radiation generated during operation of the device.
  • a base material of the molded article absorbs through a vertical radiation passage
  • Shaped body at most 20%, in particular at most 5% of the incident light.
  • a vertical direction is understood to mean a direction that is perpendicular to the front of the carrier.
  • a radiation exit through the rear side of the carrier can be conveyed by means of the shaped body.
  • the base material of the molding may be mixed with particles, for example, to increase the thermal
  • Seen in the vertical direction is located between the front of the molding and the semiconductor chips only a connection layer, such as an adhesive layer for attaching the semiconductor chips to the molding.
  • the semiconductor chips can be completely overlap-free for
  • the Shaped body be a part or even the only part of the carrier, which overlaps with the semiconductor chips.
  • the semiconductor chips can be arranged overlapping both with the shaped body and with the lead frame.
  • Connection between two points of the device is understood to be an electrical connection which has such a low electrical resistance that during operation of the device
  • At least one semiconductor chip is the
  • the lead frame therefore does not serve the direct electrically conductive connection to all
  • the device is an LED filament.
  • the LED filament is formed in particular yaksch spabar.
  • the leadframe is designed to be self-supporting. This may mean that the leadframe is a structure that is rigid and retains its shape as a separate element. The lead frame does not need a supporting structure to retain its shape. Thus, for example, the lead frame is not a foil or a thin layer. Further, the lead frame is formed such that it can support the semiconductor chips without the need for another supporting structure. Advantageously, therefore, no further structure for stabilizing the leadframe.
  • Ladder frame needed. Furthermore, it is not necessary for the sheath to have a material which mechanically stabilizes the leadframe.
  • the method comprises a step in which a carrier assembly is provided with a plurality of device regions, the carrier assembly having a leadframe.
  • the lead frame is, for example, a continuous, structured metal sheet.
  • the method comprises a step in which a plurality of semiconductor chips set up to generate radiation are arranged on the carrier assembly.
  • the method comprises a step in which an electrically conductive connection between the semiconductor chips and the leadframe will be produced. For example, neighboring ones
  • the method comprises a step in which an envelope is formed by means of a molding method, so that the
  • Enclosure extends consistently over a plurality of device areas and the device areas are in particular at least partially surrounded along its entire circumference of the enclosure.
  • the carrier composite is introduced into a casting mold for the formation of the envelope.
  • casting mold generally refers to that for the
  • the method comprises a step in which the sheathing is divided between adjacent device regions into the plurality of devices, wherein the devices each comprise a part of the carrier assembly as carrier, a part of the sheath and a plurality of semiconductor chips
  • the carrier assembly comprises a lead frame.
  • a plurality of semiconductor chips configured to generate radiation are placed on the carrier assembly.
  • An electrically conductive connection between the semiconductor chips and the lead frame is produced.
  • An envelope is made by a molding process formed so that the enclosure extends continuously over a plurality of device areas and the
  • Device areas are at least partially surrounded along their entire circumference of the enclosure.
  • Envelope is singulated between adjacent device areas in the plurality of devices, wherein the
  • the method is preferably in the specified
  • the singulation is the last production step, so that all preceding production steps can be carried out in a composite.
  • the production of the electrically conductive connection to the lead frame takes place in particular only after the attachment of the semiconductor chips to the
  • the side surfaces may be formed completely or substantially completely, approximately at least 90% of their area through the enclosure.
  • the carrier composite and the sheath are severed during singulation in a common step.
  • adjacent device areas are provided
  • the mold supports the mold Carrier composite in the region of the webs mechanically during the formation of the sheath.
  • Carrier composite is so simplified achieved.
  • the devices can be produced with the same process sequence as other components, which also have a
  • Devices are present as bulk material.
  • the carrier can be designed such that
  • Radiation can also escape through the back of the carrier, such as recesses in the lead frame or by the shaped body as part of the carrier.
  • a comparable omnidirectional radiation can be achieved as with a filament in which the LEDs are arranged on a glass, sapphire or ceramic substrate.
  • the device may be configured so that the radiation generated by the semiconductor chips must pass through the cladding before it can exit the device,
  • a homogeneous radiation characteristic is promoted.
  • a localized radiation characteristic is promoted.
  • Manufacturing step are formed and cover the carrier at least in places on all sides, in particular also on the side surfaces of the carrier, which are parallel to those side surfaces of the device, which only at
  • the leadframe is designed to be self-supporting.
  • FIGS. 1A and 1B show an exemplary embodiment of a device in perspective view (FIG. 1A) and in a schematic sectional view (FIG. 1B);
  • Figures 2A and 2B show an embodiment of a device in a schematic sectional view ( Figure 2A) and associated plan view (Figure 2B);
  • FIGS. 3A to 3D show an exemplary embodiment of a method for producing devices on the basis of, respectively, a perspective view
  • FIGS. 4A and 4B show an exemplary embodiment of a method by means of intermediate steps respectively shown in a perspective view, FIG. 4B showing a completed device; and FIGS. 5A, 5B and 5C show an exemplary embodiment of a method for producing a device by means of a respective perspective view
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device 1 with a carrier 3 and a plurality of semiconductor chips 2, wherein the semiconductor chips are used to generate
  • Main extension direction 10 the device 1 extends between two ends 15 of the device.
  • the carrier 3 has a lead frame 30 with two
  • the connecting parts are provided for external electrical contacting of the device 1 and form the opposite ends 15 of the
  • the semiconductor chips 2 are arranged on the carrier 3, in particular on a front side 33 of the carrier and
  • the device further comprises a sheath 4.
  • the envelope surrounds the carrier along its entire circumference, in particular in a section perpendicular to the main extension direction 10.
  • the enclosure covers a side surface 36 of the carrier 3.
  • the side surface 36 is parallel to the
  • the sheath 4 forms in places a side surface 11 of the device 1. On the side surface 11, the sheath 4 tracks 12 a material removal on. These are the result a separation process in the production.
  • the tracks 12 typically extend the entire way
  • the tracks 12 in FIG. 1A are only in a partial region of the side surface 11
  • the side surface 11 of the enclosure is perpendicular to the front 33 of the carrier extends.
  • a radiation conversion material 6 is arranged, which in the operation of the device 1 of the
  • Device for example, for the human eye emits white appearing light.
  • Radiation conversion material 6 is expediently distributed in the entire enclosure 4 and indicated in Figure 1A only for better illustration in only a partial area.
  • the sheath 4 contains, for example, a polymer material, such as a silicone, an epoxy or a hybrid material with a silicone or an epoxy. This material can be a matrix material for the embedded
  • Gap 305 between the connecting parts is filled with the sheath 4.
  • the semiconductor chips 2 are over
  • Lead frame electrically connected, but only via the respective adjacent semiconductor chips.
  • the semiconductor chips 2 are thermally connected to the lead frame, so that in the operation of the device 1 resulting heat loss can be dissipated efficiently via the lead frame from the semiconductor chips.
  • All semiconductor chips 2 of the device 1 can be energized by applying an external electrical voltage between the two connection parts 31, so that they emit radiation during operation.
  • they are all
  • the carrier 3, in particular the lead frame 30 has a plurality of recesses 39.
  • the recesses 39 may be arranged between adjacent semiconductor chips 2. During operation of the device, radiation generated by the semiconductor chips 2 can pass through the recesses 39, for example after a scattering in the enclosure 4.
  • the recesses 39 are filled with the envelope.
  • the envelope 4 is integrally formed, for example by a molding process.
  • the envelope 4 has a quadrangular, in particular a rectangular basic shape.
  • the connecting parts 31 each protrude out of the enclosure 4.
  • the carrier 3 consists of the lead frame 30.
  • the carrier 3 thus has no further elements. All semiconductor chips 2 of the device are on the lead frame 30, in particular on exactly one
  • Semiconductor chips 2 is arranged.
  • the device is in particular as an LED filament
  • the spatial extent of the device is large compared to the spatial extent perpendicular to this direction,
  • this is preferably designed spot weldable, so that the
  • Connecting parts can be contacted externally electrically.
  • Device 1 along at least one direction, in particular along two mutually perpendicular directions, for example, an extent of between 0.5 mm and 5 mm inclusive, in particular between 1 mm and 3 mm inclusive.
  • the semiconductor chips 2 have, for example, at least along one direction, an edge length which is between
  • the semiconductor chips 2 may, for example, be rectangular or square.
  • the direction along which the longest edge runs runs for example, parallel or substantially parallel, with a deviation of at most 10 °, for example
  • the carrier 3 and / or the lead frame 300 has
  • a thickness ie an extension perpendicular to the front side 33 of the carrier, between 50 ym inclusive and including 300 ym on.
  • FIGS. 2A and 2B essentially corresponds to that in connection with FIG.
  • Lead frame 30 a shaped body 35.
  • the molded body 35 is formed on the lead frame 30 and connects the
  • Connecting parts 31 mechanically stable with each other.
  • Connecting parts 31 may each have a toothed structure 37.
  • the tooth structure 37 serves to increase the mechanical stability of the connection between the
  • the semiconductor chips 2 are thus arranged without overlapping to the lead frame 30.
  • Shaped body 35 is expediently made of a material permeable to the radiation generated by the semiconductor chip 2 educated.
  • the radiation extraction through the rear side 34 of the carrier 3 is increased by means of the shaped body 35.
  • For the production of the molded article is particularly suitable one of the listed in the general part of the description
  • the side surfaces 36 of the carrier are covered by the sheath 4 as described in connection with FIGS. 1A and 1B. Also emerging from the side surface 36 of the carrier radiation, in particular from the molded body 35 laterally exiting
  • FIGS. 3A to 3D is a schematic representation of FIGS. 3A to 3D
  • a carrier assembly 300 is provided, wherein the carrier assembly 300 a
  • Lead frame 30 has. In the shown
  • the carrier assembly 300 from which the carriers of the devices to be produced emerge during production can also have a shaped body.
  • the carrier assembly 300 has a plurality of
  • Device areas 32 wherein the device areas at this time Z together. Between adjacent device regions 32, openings 301 are formed in the carrier assembly 300. neighboring
  • the carrier assembly 300 may optionally have recesses 39
  • a sheath 4 is formed.
  • the envelope 4 directly adjoins the semiconductor chips 2 and in particular also the
  • the sheath 4 fills the openings 301 between adjacent device areas 32. Furthermore, the sheath 4 fills a gap 305 between the connection parts 31 of a device area 32. The connection parts 31 of a device area 32 are thus mechanically stably connected to one another by the sheath.
  • a molding process is suitable in which the molding compound used in liquid or viscous form is present.
  • the molding compound can be in a closed or an open mold
  • Injection molding or a transfer molding process such as
  • the enclosure 4 extends throughout a plurality of device areas 32 and may be mounted on both of them
  • the mold used for the molding process can thus have a particularly simple geometry.
  • the envelope 4 is severed.
  • the side surfaces 11 of the device 1 produced by the separation are formed.
  • a sawing method or another method mentioned in the general part of the description is suitable for the singulation. By singling arise for the respective
  • the resulting envelope 4 of the isolated devices 1 has a cuboid basic shape.
  • a cross-section of the envelope is perpendicular to the main direction of extension
  • FIGS. 4A and 4B A further exemplary embodiment of a method is shown in FIGS. 4A and 4B, wherein FIG. 4B shows a
  • the sheath 4 is not formed planar. This can be done, for example, by a corresponding reach designed mold. In this embodiment too, the enclosure 4 initially extends continuously over a plurality of device areas 32.
  • the sheath After separation, as shown in FIG. 4B, the sheath has a cross-section perpendicular to the main direction of extent 10, in which the vertical extent of the sheath 4 tapers from the center of the carrier 3 in the direction of the side surfaces 11. This results in a rounded cross-section of the device produced in this way, in particular in the form of an LED filament. This can lead to a higher homogeneity of the emission characteristic.
  • Embodiment described the sheath 4 severed. Due to the tapering cross-section, however, only a thinner layer of the envelope is to be cut in the singulation. The portion of the side surface 11 of
  • Envelope 4 which arises during singulation, in turn has traces 12 of a material removal and runs perpendicular to the front side 33 of the carrier 3.
  • the carrier assembly 300 has a plurality of webs 38, with which adjacent device regions 32 are connected to one another. This increases the
  • the webs 38 can be severed together with the enclosure 4.
  • the webs 38 are along their entire circumference in a side view of the device of the sheath 4th surround. Laterally of the webs 38, the carrier 3 is surrounded by the envelope 4 along its entire circumference. This can be seen in Figure 5C, in which the envelope 4 is shown opaque. The side surface 11 of the device is thus apart from the webs, which is only a very small
  • Production of the envelope may find a mold 40 are used, in which the webs 38 are mechanically supported by the mold 40. This is shown schematically in FIG. 5A for a partial area. A reliable positioning of the carrier assembly 300 within the mold 40 is so
  • a uniform deformation of the carrier 3 is simplified.
  • the mold 40 may be in direct contact with the webs 38.
  • devices in the form of LED filaments or other omnidirectional emitting devices can be manufactured in a simple and reliable manner by a method which is described in US Pat

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) mit einem Träger (3) und einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet sind,angegeben, wobei - der Träger einen Leiterrahmen (30) aufweist und der Leiterrahmen zwei Anschlussteile (31) zur externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung aufweist; - die Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet sind; - der Träger zumindest stellenweise entlang seines gesamten Umfangs von einer Umhüllung umgeben ist; - die Umhüllung zumindest stellenweise eine Seitenfläche der Vorrichtung bildet und - die Seitenfläche Spuren (12) eines Materialabtrags aufweist.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG MIT LEITERRAHMEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MEHRZAHL VON VORRICHTUNGEN
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine insbesondere
Strahlung emittierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Konventionelle Glühbirnen werden inzwischen vermehrt durch Lichtquellen auf der Basis von Leuchtdioden ersetzt.
Insbesondere finden LED-Filamente Anwendung, bei denen mehrere LEDs auf einem streifenförmigen Substrat angeordnet und von einer Silikonmatrix umschlossen sind. Diese LED- Filamente bilden den Glühfaden einer konventionellen
Glühbirne nach und bewirken eine omnidirektionale
Abstrahlung. Derartige Filamente können in einen Glaskolben eingebaut werden, der identisch zu den Gaskolben von
Glühlampen ist. Die Herstellung derartiger LED-Filamente unterscheidet sich jedoch stark von der Herstellung anderer LED-basierter Bauelemente, beispielsweise
oberflächenmontierbarer Bauelemente. Dies erfordert
typischerweise eine gesonderte Fertigungslinie für die LED- Filamente .
Eine Aufgabe ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die einfach und zuverlässig herstellbar ist und sich durch gute
Abstrahlungseigenschaften auszeichnet. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem derartige Vorrichtungen einfach und effizient hergestellt werden können.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und
Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche .
Es wird eine Vorrichtung angegeben, die insbesondere zur Erzeugung von Strahlung, etwa im sichtbaren Spektralbereich vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist insbesondere eine
Haupterstreckungsrichtung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, die zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet sind. Beispielsweise sind die Halbleiterchips als Lumineszenzdiodenchips,
insbesondere als Leuchtdiodenchips, ausgebildet. Die zu erzeugende Strahlung liegt beispielsweise im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Zum Beispiel weist die Vorrichtung mindestens fünf oder mindestens zehn Halbleiterchips auf.
Beispielsweise weisen die Halbleiterchips zwei für die externe elektrische Kontaktierung vorgesehene Kontakte auf, wobei die Kontakte auf derselben Seite des Halbleiterchips, etwa einer Vorderseite des Halbleiterchips, zugänglich sind. Eine Rückseite der Halbleiterchips ist insbesondere frei von elektrischen Kontakten. Die Halbleiterchips weisen
beispielsweise jeweils einen epitaktisch abgeschiedenen
Halbleiterkörper auf, der auf einem Substrat, etwa einem Aufwachssubstrat für die epitaktische Abscheidung, angeordnet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Träger auf. Zum Beispiel ist die
Ausdehnung des Trägers entlang der Haupterstreckungsrichtung mindestens fünfmal so groß wie in einer senkrecht dazu verlaufenden Querrichtung. Beispielsweise ist die maximale Ausdehnung der gesamten Vorrichtung gleich der Ausdehnung des Trägers entlang der Haupterstreckungsrichtung.
Die Halbleiterchips sind beispielsweise auf dem Träger angeordnet und insbesondere an dem Träger befestigt. Zum Beispiel sind die Halbleiterchips entlang der
Längserstreckungsrichtung nebeneinander auf dem Träger angeordnet, insbesondere in genau einer Reihe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist der Träger einen Leiterrahmen auf. Der Leiterrahmen weist insbesondere zwei Anschlussteile zur externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung auf. Die Anschlussteile bilden jeweils eine von außen für die externe elektrische
Kontaktierung zugängliche Kontaktfläche, sodass durch Anlegen einer elektrischen Spannung im Betrieb der Vorrichtung zwischen den zwei Anschlussteilen ein Strom durch die
Vorrichtung fließt und Strahlung erzeugt wird.
Der Leiterrahmen ist beispielsweise als ein ebenes
Metallblech ausgebildet. Beispielsweise enthält der
Leiterrahmen Kupfer oder Edelstahl oder besteht aus einem solchen Material. Der Leiterrahmen kann weiterhin zumindest stellenweise mit einer Beschichtung versehen sein,
beispielsweise einer die Reflektivität steigernden
Beschichtung und/oder einer Beschichtung, die die Herstellung einer Drahtbond-Verbindung vereinfacht.
Die Anschlussteile können weiterhin für eine Befestigung der Vorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise sind die Anschlussteile der Vorrichtung so ausgebildet, dass sie punktschweißbar sind.
Insbesondere sind die Halbleiterchips elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass alle Halbleiterchips über die genau zwei Anschlussteile elektrisch betreibbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Umhüllung auf. Beispielsweise ist der Träger zumindest stellenweise entlang seines gesamten Umfangs von der Umhüllung umgeben. Die Umhüllung grenzt insbesondere unmittelbar an die Halbleiterchips an und kann sich
durchgängig über alle Halbleiterchips der Vorrichtung
erstrecken. Ein Teil der Anschlussteile ragt
zweckmäßigerweise entlang der Haupterstreckungsrichtung jeweils über die Umhüllung hinaus.
Ein Teil der Anschlussteile ragt zweckmäßigerweise in
lateraler Richtung jeweils über die vorderseitige Umhüllung hinaus .
In die Umhüllung kann ein Strahlungskonversionsmaterial eingebettet sein. Das Strahlungskonversionsmaterial ist dafür vorgesehen, von den Halbleiterchips erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise Strahlung im blauen oder ultravioletten
Spektralbereich, zumindest teilweise in Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen Peak-Wellenlänge, beispielsweise im gelben und/oder roten Spektralbereich, umzuwandeln, sodass die Vorrichtung insgesamt beispielsweise für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht abstrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung bildet die Umhüllung zumindest stellenweise eine Seitenfläche der Vorrichtung. Die Seitenfläche begrenzt die Vorrichtung in einer senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers verlaufenden Richtung. Insbesondere kann die Seitenfläche vollständig oder im Wesentlichen vollständig, etwa zu einem Flächenanteil von mindestens 90 % durch die Umhüllung
gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Seitenfläche Spuren eines Materialabtrags auf. Die Spuren sind beispielsweise Spuren eines mechanischen
Materialabtrags, etwa durch Sägen, eines chemischen
Materialabtrags, etwa durch Ätzen, oder eines Materialabtrags durch kohärente Strahlung, etwa durch ein
Lasertrennverfahren. Der Materialabtrag entsteht bei der Herstellung insbesondere während eines
Vereinzelungsverfahrens, in dem die Vorrichtungen aus einem Verbund vereinzelt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen,
beispielsweise nur an genau zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen, jeweils solche Spuren aufweisen.
In mindestens einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Träger und eine Mehrzahl von
Halbleiterchips, die zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet sind, auf, wobei der Träger einen Leiterrahmen mit zwei
Anschlussteilen zur externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung aufweist. Die Halbleiterchips sind auf dem Träger angeordnet. Der Träger ist zumindest stellenweise entlang seines gesamten Umfangs von einer Umhüllung umgeben. Die Umhüllung bildet zumindest stellenweise eine Seitenfläche der Vorrichtung und die Seitenfläche weist Spuren eines
Materialabtrags auf. Über die Anschlussteile des Leiterrahmens ist die Vorrichtung einfach und zuverlässig extern elektrisch kontaktierbar. Die Umhüllung kann den Träger insbesondere auch an seinen
Seitenflächen bedecken. Die in den Halbleiterchips erzeugte Strahlung muss insbesondere die Umhüllung durchqueren, bevor sie aus der Vorrichtung austreten kann. Mit anderen Worten weist die Vorrichtung keine Stelle auf, an der Strahlung austreten kann, ohne zuvor die Umhüllung durchquert zu haben. Die Gefahr eines stellenweise überhöhten Strahlungsanteils unkonvertierter Primärstrahlung kann so vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung
verläuft die Seitenfläche der Umhüllung zumindest in einem Teilbereich senkrecht zu einer Vorderseite des Trägers. Der Begriff „senkrecht" schließt in diesem Zusammenhang auch geringfügige fertigungsbedingte Abweichungen von höchstens 10° ein. Insbesondere verläuft die Seitenfläche in dem
Teilbereich parallel zur Haupterstreckungsrichtung der
Vorrichtung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Umhüllung einstückig ausgebildet. Innerhalb der Umhüllung befinden sich also keine Grenzflächen, an denen Teilbereiche der Umhüllung aneinander grenzen. Insbesondere bedeckt die Umhüllung sowohl die Vorderseite des Trägers als auch eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist der Träger zumindest einen Steg auf, der sich bis zur
Seitenfläche der Vorrichtung erstreckt. Insbesondere schließt der Steg an der Seitenfläche mit der Umhüllung bündig ab. Entlang der Haupterstreckungsrichtung gesehen ist insbesondere auf beiden Seiten des Stegs mindestens ein
Halbleiterchip angeordnet. Zum Beispiel ist der Steg in einer Ansicht auf die Seitenfläche entlang seines gesamten Umfangs von der Umhüllung umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Querschnitt der Umhüllung senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Vorrichtung viereckig,
insbesondere rechteckig. Beispielsweise weist die Umhüllung insgesamt eine quaderförmige Grundform auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung
verjüngt sich ein Querschnitt der Umhüllung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Vorrichtung mit zunehmendem Abstand zur Haupterstreckungsrichtung. Beispielsweise ist der Querschnitt der Umhüllung stellenweise gekrümmt. Im Vergleich zu einem eckigen Querschnitt ist so eine homogenere
Abstrahlcharakteristik erzielbar, etwa im Hinblick auf eine räumliche und/oder spektrale Abstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist im Träger, insbesondere im Leiterrahmen, zumindest eine
Aussparung ausgebildet, beispielsweise zwischen zwei
benachbarten Halbleiterchips. Die Aussparung ist
beispielsweise mit der Umhüllung befüllt. Im Betrieb der Vorrichtung kann die Strahlung durch die Aussparung
austreten. Eine Abstrahlung an der Rückseite der Vorrichtung kann so gefördert werden. Die Aussparung ist beispielsweise entlang ihres gesamten Umfangs vom Träger, insbesondere vom Leiterrahmen umgeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung besteht der Träger aus dem Leiterrahmen. Der Leiterrahmen ist also der einzige Bestandteil des Trägers. Zum Beispiel sind die Anschlussteile des Leiterrahmens ausschließlich über die Umhüllung mechanisch stabil miteinander verbunden. Die
Halbleiterchips sind auf dem Leiterrahmen angeordnet.
Beispielsweise sind alle Halbleiterchips auf genau einem Anschlussteil des Leiterrahmens angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist der Träger einen Formkörper auf.
Der Formkörper ist zweckmäßigerweise elektrisch isolierend ausgebildet. Beispielsweise enthält der Formkörper einen Kunststoff. Zum Beispiel ist der Kunststoff durch ein
Formverfahren verarbeitbar.
Unter einem Formverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff „Formverfahren" Gießen (molding) , folienunterstützes Spritzpressen (film assisted transfer molding), Spritzgießen (injection molding),
Spritzpressen (transfer molding) , Spritzpressen mit flüssigem Ausgangsmaterial (liquid transfer molding) und Formpressen (compression molding) .
Der Formkörper ist beispielsweise an den Leiterrahmen
angeformt. An den Stellen, an denen der Formkörper an den Leiterrahmen angeformt ist, grenzt der Formkörper unmittelbar an den Leiterrahmen an und folgt der äußeren Form des
Leiterrahmens. Beispielsweise verbindet der Formkörper die Anschlussteile des Leiterrahmens mechanisch stabil miteinander .
Weiterhin ist der Formkörper zweckmäßigerweise für die im Betrieb der Vorrichtung erzeugte Strahlung durchlässig.
Beispielsweise absorbiert ein Grundmaterial des Formkörpers bei einem vertikalen Strahlungsdurchtritt durch den
Formkörper bei der gegebenen vertikalen Ausdehnung des
Formkörpers höchstens 20 %, insbesondere höchstens 5 % des auftreffenden Lichts. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zur Vorderseite des Trägers verläuft.
Ein Strahlungsaustritt durch die Rückseite des Trägers kann mittels des Formkörpers gefördert werden.
Das Grundmaterial des Formkörpers kann mit Partikeln versetzt sein, beispielsweise zur Erhöhung der thermischen
Leitfähigkeit des Formkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung
überlappen die Halbleiterchips in Draufsicht auf die
Vorrichtung mit dem Formkörper. Insbesondere sind die
Halbleiterchips an dem Formkörper befestigt. Insbesondere befindet sich zwischen dem Formkörper und den Halbleiterchips in vertikaler Richtung gesehen kein Teil des Leiterrahmens.
In vertikaler Richtung gesehen befindet sich zwischen der Vorderseite des Formkörpers und den Halbleiterchips nur eine Verbindungsschicht, etwa eine Klebeschicht zur Befestigung der Halbleiterchips an dem Formkörper.
Die Halbleiterchips können völlig überlappungsfrei zum
Leiterrahmen angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Formkörper ein Teil oder auch das einzige Teil des Trägers sein, der mit den Halbleiterchips überlappt. Alternativ können die Halbleiterchips sowohl mit dem Formkörper als auch mit dem Leiterrahmen überlappend angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung sind jeweils nur die den Enden der Vorrichtung am nächsten
gelegenen Halbleiterchips direkt mit dem Leiterrahmen
elektrisch leitend verbunden. Mit anderen Worten ist mit jedem Anschlussteil jeweils nur genau ein Halbleiterchip direkt elektrisch leitend verbunden, etwa mittels einer Drahtbond-Verbindung. Unter einer direkten elektrischen
Verbindung zwischen zwei Punkten der Vorrichtung wird eine elektrische Verbindung verstanden, die einen so geringen elektrischen Widerstand aufweist, dass im Betrieb der
Vorrichtung kein wesentlicher Spannungsabfall zwischen diesen zwei Punkten auftritt, beispielsweise bei einer elektrisch leitenden Verbindung über einen metallischen Leiter, etwa eine Drahtbond-Verbindung.
Beispielsweise ist mindestens ein Halbleiterchip der
Vorrichtung über Drahtbond-Verbindungen direkt mit zwei Halbleiterchips verbunden, die dem Halbleiterchip benachbart sind, insbesondere an gegenüberliegenden Seiten des
Halbleiterchips. Der Leiterrahmen dient also nicht der direkten elektrisch leitenden Verbindung zu allen
Halbleiterchips der Vorrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Vorrichtung ein LED-Filament . Für die externe elektrische Kontaktierung der Vorrichtung in einem Glaskolben ist das LED-Filament insbesondere punktschweißbar ausgebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Leiterrahmen selbsttragend ausgebildet. Das kann bedeuten, dass es sich bei dem Leiterrahmen um eine Struktur handelt, welche starr ist und als separates Element seine Form behält. Der Leiterrahmen benötigt keine tragende Struktur, um seine Form zu behalten. Somit handelt es sich bei dem Leiterrahmen beispielsweise nicht um eine Folie oder eine dünne Schicht. Weiter ist der Leiterrahmen derart ausgebildet, dass dieser die Halbleiterchips tragen kann, ohne dass eine weitere stützende Struktur benötigt wird. Vorteilhafterweise wird somit keine weitere Struktur zur Stabilisierung des
Leiterrahmens benötigt. Weiter ist es nicht nötig, dass die Umhüllung ein Material aufweist, welches den Leiterrahmen mechanisch stabilisiert.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Vorrichtungen angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Vorrichtungsbereichen bereitgestellt wird, wobei der Trägerverbund einen Leiterrahmen aufweist. Der Leiterrahmen ist beispielsweise ein zusammenhängendes, strukturiertes Metallblech.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Mehrzahl von zur Erzeugung von Strahlung eingerichteten Halbleiterchips auf dem Trägerverbund angeordnet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Halbleiterchips und dem Leiterrahmen hergestellt wird. Beispielsweise werden benachbarte
Halbleiterchips jeweils über Verbindungsleitungen, etwa
Drahtbond-Verbindungen miteinander elektrisch leitend
verbunden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Umhüllung mittels eines Formverfahrens ausgebildet wird, so dass sich die
Umhüllung durchgängig über mehrere Vorrichtungsbereiche erstreckt und die Vorrichtungsbereiche insbesondere zumindest stellenweise entlang ihres gesamten Umfangs von der Umhüllung umgeben sind. Beispielsweise wird der Trägerverbund für das Ausbilden der Umhüllung in eine Gießform eingebracht. Der Begriff „Gießform" bezeichnet allgemein die für das
Formverfahren verwendete Form und impliziert keine
Einschränkung auf ein bestimmtes Formverfahren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Vereinzelung der Umhüllung zwischen benachbarten Vorrichtungsbereichen in die Mehrzahl von Vorrichtungen erfolgt, wobei die Vorrichtungen jeweils einen Teil des Trägerverbunds als Träger, einen Teil der Umhüllung und eine Mehrzahl von Halbleiterchips
aufweisen .
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens
wird ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von
Vorrichtungsbereichen bereitgestellt, wobei der Trägerverbund einen Leiterrahmen aufweist. Eine Mehrzahl von zur Erzeugung von Strahlung eingerichteten Halbleiterchips wird auf dem Trägerverbund angeordnet. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Halbleiterchips und dem Leiterrahmen wird hergestellt. Eine Umhüllung wird mittels eines Formverfahrens ausgebildet, so dass sich die Umhüllung durchgängig über mehrere Vorrichtungsbereiche erstreckt und die
Vorrichtungsbereiche zumindest stellenweise entlang ihres gesamten Umfangs von der Umhüllung umgeben sind. Die
Umhüllung wird zwischen benachbarten Vorrichtungsbereichen in die Mehrzahl von Vorrichtungen vereinzelt, wobei die
Vorrichtungen jeweils einen Teil des Trägerverbunds als Träger, einen Teil der Umhüllung und eine Mehrzahl von
Halbleiterchips aufweisen.
Das Verfahren wird vorzugsweise in der angegebenen
Reihenfolge der obigen Aufzählung durchgeführt. Insbesondere ist das Vereinzeln der letzte Herstellungsschritt, sodass alle vorhergehenden Herstellungsschritte in einem Verbund durchgeführt werden können. Die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zum Leiterrahmen erfolgt insbesondere erst nach der Befestigung der Halbleiterchips an dem
Formkörperverbund und vor dem Vereinzeln.
Beim Vereinzeln entstehen die Seitenflächen der Vorrichtung. Die Seitenflächen können vollständig oder im Wesentlichen vollständig, etwa zu mindestens 90 % ihrer Fläche durch die Umhüllung gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden der Trägerverbund und die Umhüllung beim Vereinzeln in einem gemeinsamen Schritt durchtrennt. Ein zusätzlicher
Durchtrennungsschnitt ist also nicht erforderlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Verfahrens sind benachbarte Vorrichtungsbereiche im bereitgestellten
Trägerverbund jeweils über zumindest einen Steg miteinander verbunden. Beispielsweise stützt die Gießform den Trägerverbund im Bereich der Stege mechanisch während des Ausbildens der Umhüllung. Eine hohe Planarität des
Trägerverbunds ist so vereinfacht erzielbar.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und
umgekehrt .
Mit der Vorrichtung beziehungsweise dem Verfahren können insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
Die Vorrichtungen sind mit dem gleichen Prozessablauf herstellbar wie andere Bauelemente, die ebenfalls einen
Leiterrahmen aufweisen, beispielsweise oberflächenmontierbare Bauelemente. Insbesondere kann die Herstellung der
Vorrichtung vollständig im Verbund durchgeführt werden, so dass nach dem Vereinzelungsschritt, in dem die jeweilige Umhüllung entsteht, kein weiterer Herstellungsschritt erforderlich ist. Nach dem Vereinzeln können die
Vorrichtungen als Schüttgut vorliegen.
Gleichzeitig kann der Träger so ausgebildet sein, dass
Strahlung auch durch die Rückseite des Trägers austreten kann, etwa durch Aussparungen im Leiterrahmen oder durch den Formkörper als Teil des Trägers. Dadurch lässt sich eine vergleichbar omnidirektionale Abstrahlung erzielen wie bei einem Filament, bei dem die LEDs auf einem Glas-, Saphir oder Keramiksubstrat angeordnet sind. Mittels des Leiterrahmens kann weiterhin die Wärmeabfuhr aus den Halbleiterchips im Betrieb der Vorrichtung verbessert werden .
Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass die von den Halbleiterchips erzeugte Strahlung die Umhüllung passieren muss, bevor sie aus der Vorrichtung austreten kann,
unabhängig davon, an welcher Stelle die Strahlung aus der Vorrichtung austritt. Eine homogene Abstrahlcharakteristik wird so gefördert. Insbesondere kann ein stellenweise
überhöhter Strahlungsaustritt unkonvertierter Primärstrahlung vermieden werden, was zu einer farblichen Inhomogenität der Lichtabstrahlung führen könnte.
Weiterhin kann die gesamte Umhüllung in einem
Herstellungsschritt ausgebildet werden und den Träger zumindest stellenweise allseitig bedecken, insbesondere auch an den Seitenflächen des Trägers, die parallel zu denjenigen Seitenflächen der Vorrichtung verlaufen, die erst beim
Vereinzeln entstehen.
Beim Vereinzeln muss im Wesentlichen, also beispielsweise abgesehen von optional vorhandenen Stegen zwischen
benachbarten Vorrichtungsbereichen, nur Material der
Umhüllung durchtrennt werden. Dies vereinfacht den
Vereinzelungsprozess .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Leiterrahmen selbsttragend ausgebildet.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen: die Figuren 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel für erne Vorrichtung in perspektivischer Darstellung (Figur 1A) und in schematischer Schnittansicht (Figur 1B) ; die Figuren 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung in schematischer Schnittansicht (Figur 2A) und zugehöriger Draufsicht (Figur 2B) ; die Figuren 3A bis 3D ein Ausführungsbeispiel für ern Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen anhand von jeweils in perspektivischer Darstellung gezeigten
Zwischenschritten; die Figuren 4A und 4B ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren anhand von jeweils in perspektivischer Darstellung gezeigten Zwischenschritten, wobei Figur 4B eine fertig gestellte Vorrichtung zeigt; und die Figuren 5A, 5B und 5C ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung anhand von jeweils in perspektivischer Darstellung gezeigten
Zwischenschritten, wobei die Figuren 5B und 5C eine fertig gestellte Vorrichtung zeigen, bei der zum besseren
Verständnis in Figur 5B die Umhüllung durchsichtig und in Figur 5C undurchsichtig dargestellt ist.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 1 mit einem Träger 3 und einer Mehrzahl von Halbleiterchips 2 gezeigt, wobei die Halbleiterchips zur Erzeugung von
Strahlung eingerichtet sind. Entlang einer
Haupterstreckungsrichtung 10 erstreckt sich die Vorrichtung 1 zwischen zwei Enden 15 der Vorrichtung.
Der Träger 3 weist einen Leiterrahmen 30 mit zwei
Anschlussteilen 31 auf. Die Anschlussteile sind zur externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung 1 vorgesehen und bilden die einander gegenüberliegenden Enden 15 der
Vorrichtung .
Die Halbleiterchips 2 sind auf dem Träger 3, insbesondere auf einer Vorderseite 33 des Trägers angeordnet und
beispielsweise mit einer Verbindungsschicht (nicht in den Figuren gezeigt) am Träger befestigt. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Umhüllung 4 auf. Die Umhüllung umgibt den Träger entlang seines gesamten Umfangs, insbesondere in einem Schnitt senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 10.
Insbesondere bedeckt die Umhüllung eine Seitenfläche 36 des Trägers 3. Die Seitenfläche 36 verläuft parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der Vorrichtung 1 und senkrecht zur Vorderseite 33 des Trägers 3.
Die Umhüllung 4 bildet stellenweise eine Seitenfläche 11 der Vorrichtung 1. An der Seitenfläche 11 weist die Umhüllung 4 Spuren 12 eines Materialabtrags auf. Diese sind die Folge eines Vereinzelungsverfahrens bei der Herstellung. Die Spuren 12 erstrecken sich typischerweise über die gesamte
Haupterstreckungsrichtung 10 auf der Seitenfläche 11.
Lediglich zur vereinfachten Darstellung sind die Spuren 12 in Figur 1A nur in einem Teilbereich der Seitenfläche 11
angedeutet. Die Seitenfläche 11 der Umhüllung verläuft senkrecht zu der Vorderseite 33 des Trägers verläuft.
In der Umhüllung 4 ist ein Strahlungskonversionsmaterial 6 angeordnet, das im Betrieb der Vorrichtung 1 von den
Halbleiterchips 2 erzeugte Primärstrahlung zumindest
teilweise in Sekundärstrahlung umwandelt, sodass die
Vorrichtung beispielsweise für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht abstrahlt. Das
Strahlungskonversionsmaterial 6 ist zweckmäßigerweise in der gesamten Umhüllung 4 verteilt und in Figur 1A lediglich zur besseren Darstellbarkeit nur in einem Teilbereich angedeutet.
Die Umhüllung 4 enthält beispielsweise ein Polymermaterial, etwa ein Silikon, ein Epoxid oder ein Hybridmaterial mit einem Silikon oder einem Epoxid. Dieses Material kann ein Matrixmaterial für das eingebettete
Strahlungskonversionsmaterial 6 sein.
Entlang der Haupterstreckungsrichtung 10 sind die
Anschlussteile 31 des Leiterrahmens 30 voneinander
beabstandet, sodass die Anschlussteile nicht direkt
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Ein
Zwischenraum 305 zwischen den Anschlussteilen ist mit der Umhüllung 4 gefüllt. Die Halbleiterchips 2 sind über
Verbindungsleitungen 7, etwa Drahtbondverbindungen jeweils mit dem benachbarten Halbleiterchip 2 elektrisch leitend verbunden. Jeweils nur die den Enden 15 der Vorrichtung am nächsten gelegenen Halbleiterchips 2 sind direkt mit dem Leiterrahmen 30 elektrisch leitend verbunden. Die
Halbleiterchips weisen jeweils an ihrer dem Träger
abgewandten Vorderseite zwei Kontakte für die elektrische Kontaktierung mittels der Verbindungsleitungen auf. Die übrigen Halbleiterchips 2 sind nicht direkt mit dem
Leiterrahmen elektrisch leitend verbunden, sondern nur über die jeweils benachbarten Halbleiterchips. Die Halbleiterchips 2 sind jedoch thermisch an den Leiterrahmen angebunden, so dass im Betrieb der Vorrichtung 1 entstehende Verlustwärme effizient über den Leiterrahmen aus den Halbleiterchips abgeführt werden kann.
Alle Halbleiterchips 2 der Vorrichtung 1 können durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschlussteilen 31 bestromt werden, sodass diese im Betrieb Strahlung emittieren. Beispielsweise befinden sich alle
Halbleiterchips 2 in einer elektrischen Serienverschaltung zueinander .
Der Träger 3, insbesondere der Leiterrahmen 30 weist eine Mehrzahl von Aussparungen 39 auf. Die Aussparungen 39 können zwischen benachbarten Halbleiterchips 2 angeordnet sein. Im Betrieb der Vorrichtung kann von den Halbleiterchips 2 erzeugte Strahlung beispielsweise nach einer Streuung in der Umhüllung 4 durch die Aussparungen 39 hindurchtreten. Die Aussparungen 39 sind mit der Umhüllung befüllt. Eine
Strahlungsemission an einer der Vorderseite 33
gegenüberliegenden Rückseite 34 des Trägers 3 kann so
verstärkt werden.
Die Umhüllung 4 ist einstückig ausgebildet, beispielsweise durch ein Formverfahren. In einer Schnittansicht senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 10 weist die Umhüllung 4 eine viereckige, insbesondere eine rechteckige Grundform auf. An den Enden 15 der Vorrichtung ragen die Anschlussteile 31 jeweils aus der Umhüllung 4 heraus.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Träger 3 aus dem Leiterrahmen 30. Der Träger 3 weist also keine weiteren Elemente auf. Alle Halbleiterchips 2 der Vorrichtung sind auf dem Leiterrahmen 30, insbesondere auf genau einem
Anschlussteil 31 des Leiterrahmens angeordnet. Davon
abweichend ist grundsätzlich jedoch auch denkbar, dass auf beiden Anschlussteilen 31 jeweils ein Teil der
Halbleiterchips 2 angeordnet ist.
Die Vorrichtung ist insbesondere als ein LED-Filament
ausgebildet. Entlang der Haupterstreckungsrichtung 10 ist die räumliche Ausdehnung der Vorrichtung groß im Vergleich zur räumlichen Ausdehnung senkrecht zu dieser Richtung,
beispielsweise mindestens fünfmal so groß oder mindestens zehnmal so groß. An den Enden 15 der Vorrichtung ist diese vorzugsweise punktschweißbar ausgebildet, sodass die
Vorrichtung mittels Punktschweißens in einem konventionellen Glaskolben einer Glühbirne montiert und über die
Anschlussteile extern elektrisch kontaktiert werden kann.
Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 10 weist die
Vorrichtung 1 entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Richtungen beispielsweise eine Ausdehnung zwischen einschließlich 0,5 mm und einschließlich 5 mm, insbesondere zwischen einschließlich 1 mm und einschließlich 3 mm, auf. Die Halbleiterchips 2 weisen beispielsweise zumindest entlang einer Richtung eine Kantenlänge auf, die zwischen
einschließlich 0,05 mm und einschließlich 2 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 1 mm, liegt. In einer Draufsicht auf die Vorderseite 33 des Trägers können die Halbleiterchips 2 beispielsweise rechteckig oder quadratisch sein. Bei rechteckigen Halbleiterchips 2 verläuft die Richtung, entlang der die längste Kante verläuft, beispielsweise parallel oder im Wesentlichen parallel, etwa mit einer Abweichung von höchstens 10°, zur
Haupterstreckungsrichtung 10.
Der Träger 3 und/oder der Leiterrahmen 300 weist
beispielsweise eine Dicke, also eine Ausdehnung senkrecht zur Vorderseite 33 des Trägers, zwischen einschließlich 50 ym und einschließlich 300 ym auf.
Das in den Figuren 2A und 2B gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit dem
Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im
Unterschied hierzu weist der Träger 3 zusätzlich zum
Leiterrahmen 30 einen Formkörper 35 auf. Der Formkörper 35 ist an den Leiterrahmen 30 angeformt und verbindet die
Anschlussteile 31 mechanisch stabil miteinander. Die
Anschlussteile 31 können jeweils eine Verzahnungsstruktur 37 aufweisen. Die Verzahnungsstruktur 37 dient der Erhöhung der mechanischen Stabilität der Verbindung zwischen den
Anschlussteilen 31 und dem Formkörper 35.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterchips 2 also überlappungsfrei zu dem Leiterrahmen 30 angeordnet. Der
Formkörper 35 ist zweckmäßigerweise aus einem für die von dem Halbleiterchips 2 erzeugte Strahlung durchlässigen Material ausgebildet. Die Strahlungsauskopplung durch die Rückseite 34 des Trägers 3 wird mittels des Formkörpers 35 erhöht. Für die Herstellung des Formkörpers eignet sich insbesondere eines der im allgemeinen Teil der Beschreibung angeführten
Formverfahren .
Die Seitenflächen 36 des Trägers sind wie im Zusammenhang mit Figur 1A und 1B beschrieben von der Umhüllung 4 bedeckt. Auch aus der Seitenfläche 36 des Trägers austretende Strahlung, insbesondere aus dem Formkörper 35 seitlich austretende
Strahlung, muss also die Umhüllung 4 passieren, bevor sie aus der Seitenfläche 11 der Vorrichtung 1 austreten kann. Dadurch kann ein überhöhter Anteil unkonvertierter Primärstrahlung aufgrund von seitlich aus dem Formkörper 35 austretender Strahlung auf einfache Weise vermieden oder zumindest
verringert werden.
In den Figuren 3A bis 3D ist schematisch ein
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen gezeigt, wobei die Vorrichtungen wie im
Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben
ausgebildet sind.
Wie in Figur 3A dargestellt, wird ein Trägerverbund 300 bereitgestellt, wobei der Trägerverbund 300 einen
Leiterrahmen 30 aufweist. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel besteht der Trägerverbund aus dem
Leiterrahmen 30. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B beschrieben, kann der Trägerverbund 300, aus dem bei der Herstellung die Träger der herzustellenden Vorrichtungen hervorgehen, auch einen Formkörper aufweisen. Der Trägerverbund 300 weist eine Mehrzahl von
Vorrichtungsbereichen 32 auf, wobei die Vorrichtungsbereiche zu diesem Zeitpunkt miteinander Zusammenhängen. Zwischen benachbarten Vorrichtungsbereichen 32 sind Öffnungen 301 im Trägerverbund 300 ausgebildet. Benachbarte
Vorrichtungsbereiche des Trägerverbunds 300 sind also
stellenweise voneinander beabstandet.
Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben, kann der Trägerverbund 300 optional Aussparungen 39
aufweisen .
Nachfolgend werden auf dem Trägerverbund 300 die
Halbleiterchips 2 angeordnet und befestigt (Figur 3B) . Eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips 2 erfolgt über Verbindungsleitungen 7, sodass alle Halbleiterchips 2 eines Vorrichtungsbereichs 32 elektrisch leitend miteinander und insbesondere auch mit dem Leiterrahmen 30 verbunden sind, insbesondere elektrisch in Serie.
Nachfolgend wird, wie in Figur 3C dargestellt, eine Umhüllung 4 ausgebildet. Die Umhüllung 4 grenzt unmittelbar an die Halbleiterchips 2 und insbesondere auch die
Verbindungsleitungen 7 an. Weiterhin befüllt die Umhüllung 4 die Öffnungen 301 zwischen benachbarten Vorrichtungsbereichen 32. Ferner befüllt die Umhüllung 4 einen Zwischenraum 305 zwischen den Anschlussteilen 31 eines Vorrichtungsbereichs 32. Die Anschlussteile 31 eines Vorrichtungsbereichs 32 werden also durch die Umhüllung mechanisch stabil miteinander verbunden .
Für das Ausbilden der Umhüllung 4 eignet sich insbesondere ein Formverfahren, bei dem die verwendete Formmasse in flüssiger oder zähflüssiger Form vorliegt. Die Formmasse kann in eine geschlossene oder eine noch geöffnete Form
eingebracht werden. Beispielsweise eignet sich ein
Spritzgussverfahren oder ein Spritzpressverfahren, etwa
Liquid Transfer Molding.
Die Umhüllung 4 erstreckt sich durchgängig über eine Vielzahl von Vorrichtungsbereichen 32 und kann sowohl auf ihrer
Vorderseite als auch auf ihrer der Vorderseite gegenüber liegenden Rückseite planar ausgebildet sein. Die für das Formverfahren verwendete Gießform kann also eine besonders einfache Geometrie aufweisen.
Bei der nachfolgenden Vereinzelung, dargestellt in Figur 3D, wird die Umhüllung 4 durchtrennt. Bei dieser Durchtrennung entstehen die Seitenflächen 11 der durch die Vereinzelung hergestellten Vorrichtung 1. Für die Vereinzelung eignet sich beispielsweise ein Sägeverfahren oder ein anderes der im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Verfahren. Durch die Vereinzelung entstehen für das jeweilige
Vereinzelungsverfahren charakteristische Spuren, etwa
Sägespuren oder andere Spuren eines Materialabtrags. Die so entstehende Umhüllung 4 der vereinzelten Vorrichtungen 1 weist eine quaderförmige Grundform auf. Ein Querschnitt der Umhüllung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung ist
viereckig, beispielsweise rechteckig.
In den Figuren 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren gezeigt, wobei Figur 4B eine
fertiggestellte Vorrichtung darstellt. Das Verfahren und die Vorrichtung unterscheiden sich von der vorigen Beschreibung dadurch, dass die Umhüllung 4 nicht planar ausgebildet wird. Dies lässt sich beispielsweise durch eine entsprechend gestaltete Gießform erreichen. Auch bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich die Umhüllung 4 zunächst durchgängig über mehrere Vorrichtungsbereiche 32.
Nach dem Vereinzeln weist die Umhüllung wie in Figur 4B dargestellt senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 10 einen Querschnitt auf, bei dem sich die vertikale Ausdehnung der Umhüllung 4 ausgehend von der Mitte des Trägers 3 in Richtung der Seitenflächen 11 verjüngt. Dadurch ergibt sich ein verrundeter Querschnitt der so hergestellten Vorrichtung, insbesondere in Form eines LED-Filaments . Dies kann zu einer höheren Homogenität der Abstrahlcharakteristik führen.
Beim Vereinzelungsschritt wird wie im vorangegangenen
Ausführungsbeispiel beschrieben die Umhüllung 4 durchtrennt. Aufgrund des sich verjüngenden Querschnitts ist jedoch bei der Vereinzelung nur eine dünnere Schicht der Umhüllung zu durchtrennen. Der Teilbereich der Seitenfläche 11 der
Umhüllung 4, der beim Vereinzeln entsteht, weist wiederum Spuren 12 eines Materialabtrags auf und verläuft senkrecht zur Vorderseite 33 des Trägers 3.
In den Figuren 5A und 5B sowie 5C ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung gezeigt. Im Unterschied zu der Beschreibung der Figuren 4A und 4B weist der Trägerverbund 300 eine Mehrzahl von Stegen 38 auf, mit denen benachbarte Vorrichtungsbereiche 32 miteinander verbunden sind. Dadurch erhöht sich die
mechanische Stabilität des Trägerverbunds 300. Im
Vereinzelungsschritt können die Stege 38 zusammen mit der Umhüllung 4 durchtrennt werden. An der Seitenfläche 11 der Vorrichtung sind die Stege 38 entlang ihres gesamten Umfangs in einer Seitenansicht der Vorrichtung von der Umhüllung 4 umgeben. Seitlich der Stege 38 ist der Träger 3 entlang seines gesamten Umfangs von der Umhüllung 4 umgeben. Dies ist in Figur 5C zu sehen, in der die Umhüllung 4 undurchsichtig dargestellt ist. Die Seitenfläche 11 der Vorrichtung ist also abgesehen von den Stegen, die nur einen sehr geringen
Flächenanteil von typischerweise weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 1 % ausmachen, durch die Umhüllung 4 gebildet .
An der Seitenfläche 11 der Vorrichtung schließen insbesondere die Umhüllung 4 und die Stege 38 bündig ab. Für die
Herstellung der Umhüllung kann eine Gießform 40 Anwendung finden, bei der die Stege 38 von der Gießform 40 mechanisch gestützt werden. Dies ist in Figur 5A schematisch für einen Teilbereich dargestellt. Eine zuverlässige Positionierung des Trägerverbunds 300 innerhalb der Gießform 40 wird so
vereinfacht. Dies kann auch von gegenüberliegenden Seiten des Trägerverbunds erfolgen, so dass der Trägerverbund im Bereich der Stege beim Ausbilden der Umhüllung eingeklemmt ist.
Eine gleichmäßige Umformung des Trägers 3 wird vereinfacht. Insbesondere kann die Gießform 40 in direktem Kontakt zu den Stegen 38 stehen.
Wie vorstehen beschrieben können insbesondere Vorrichtungen in Form von LED-Filamenten oder andere omnidirektional emittierende Vorrichtungen auf einfache und zuverlässige Weise durch ein Verfahren hergestellt werden, das im
Wesentlichen Prozessschritte nutzt, die auch bei der
Herstellung von anderen Leiterrahmen-basierten Bauformen von Licht emittierenden Bauelementen Anwendung finden. Insbesondere können sämtliche Fertigungsschritte im Verbund hergestellt werden. Im Unterschied zu konventionellen LED- Filamenten werden die Halbleiterchips nicht auf einzelne, vorgefertigte streifenförmige Träger gesetzt. Nach dem abschließenden Vereinzelungsschritt sind keine weiteren
Bearbeitungsschritte für die Vorrichtung mehr erforderlich.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 127 621.1, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
10 Haupterstreckungsrichtung
11 Seitenfläche
12 Spuren
2 Halbleiterchip
3 Träger
30 Leiterrahmen
300 Trägerverbund
301 Öffnung
305 Zwischenraum
31 Anschlussteil
32 Vorrichtungsbereich
33 Vorderseite des Trägers
34 Rückseite des Trägers
35 Formkörper
36 Seitenfläche des Trägers
37 Verzahnungsstruktur
38 Steg
39 Aussparung
4 Umhüllung
40 Gießform
6 Strahlungskonversionsmaterial
7 Verbindungsleitung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) mit einem Träger (3) und einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet sind, wobei
- der Träger einen Leiterrahmen (30) aufweist und der
Leiterrahmen zwei Anschlussteile (31) zur externen
elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung aufweist;
- die Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet sind;
- der Träger zumindest stellenweise entlang seines gesamten Umfangs von einer Umhüllung (4) umgeben ist;
- die Umhüllung zumindest stellenweise eine Seitenfläche (11) der Vorrichtung bildet; und
- die Seitenfläche Spuren (12) eines Materialabtrags
aufweist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Seitenfläche der Umhüllung zumindest in einem
Teilbereich senkrecht zu einer Vorderseite des Trägers verläuft .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Umhüllung einstückig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Träger zumindest einen Steg (38) aufweist, der sich bis zur Seitenfläche der Vorrichtung erstreckt und der an der Seitenfläche mit der Umhüllung bündig abschließt.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei ein Querschnitt der Umhüllung senkrecht zu einer
Haupterstreckungsrichtung (10) der Vorrichtung viereckig ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich ein Querschnitt der Umhüllung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Vorrichtung mit zunehmendem Abstand zur Haupterstreckungsrichtung verjüngt.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zumindest zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips eine Aussparung (39) im Träger ausgebildet ist und wobei die Aussparung mit der Umhüllung befüllt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Träger aus dem Leiterrahmen besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der Träger einen Formkörper (35) , der an den
Leiterrahmen angeformt ist, aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
wobei die Halbleiterchips in Draufsicht auf die Vorrichtung mit dem Formkörper überlappen.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeweils nur die den Enden (15) der Vorrichtung am nächsten gelegenen Halbleiterchips direkt mit dem
Leiterrahmen elektrisch leitend verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein LED-Filament ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Leiterrahmen (30) selbsttragend ausgebildet ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Vorrichtungen mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (300) mit einer
Mehrzahl von Vorrichtungsbereichen (32), wobei der
Trägerverbund einen Leiterrahmen aufweist;
b) Anordnen einer Mehrzahl von zur Erzeugung von Strahlung eingerichteten Halbleiterchips (2) auf dem Trägerverbund; c) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Halbleiterchips und dem Leiterrahmen;
d) Ausbilden einer Umhüllung mittels eines Formverfahrens, so dass sich die Umhüllung durchgängig über mehrere
Vorrichtungsbereiche erstreckt und die Vorrichtungsbereiche zumindest stellenweise entlang ihres gesamten Umfangs von der Umhüllung umgeben sind; und
e) Vereinzeln der Umhüllung zwischen benachbarten
Vorrichtungsbereichen in die Mehrzahl von Vorrichtungen (1), wobei die Vorrichtungen jeweils einen Teil des Trägerverbunds als Träger (3) , einen Teil der Umhüllung und eine Mehrzahl von Halbleiterchips aufweisen.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei der Trägerverbund und die Umhüllung in Schritt e) in einem gemeinsamen Schritt durchtrennt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
wobei benachbarte Vorrichtungsbereiche in Schritt a) jeweils über zumindest einen Steg (38) miteinander verbunden sind und wobei eine Gießform, in die die der Trägerverbund in Schritt d) eingebracht wird, den Trägerverbund im Bereich der Stege mechanisch stützt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, mit dem eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
wobei der Leiterrahmen (30) selbsttragend ausgebildet ist.
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