WO2020030705A2 - Verfahren zum herstellen von konversionselementen, konversionselemente, verfahren zum herstellen eines lichtemittierenden halbleiterbauteils und lichtemittierendes halbleiterbauteil - Google Patents

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Definitions

  • a method for producing conversion elements is specified.
  • a conversion element is also specified. Furthermore, a method for manufacturing a light-emitting semiconductor device and a
  • Another problem to be solved is to provide a method for producing such conversion elements.
  • Another task to be solved is, inter alia, a light-emitting semiconductor component with a
  • Specify radiation behavior Another problem to be solved is to specify a method for producing such a light-emitting component.
  • a light-emitting component can be one previously mentioned
  • the conversion elements are provided for this
  • the second is Wavelength range in particular a longer wavelength
  • Wavelength range than the first wavelength range.
  • the method comprises
  • the sapphire substrate is, for example, a wafer, in particular a 4 "wafer, which is made of
  • the method comprises
  • Main surface of the sapphire substrate is formed.
  • the conversion layer is applied, for example, by spraying, printing or knife coating.
  • the conversion layer comprises, for example, polysiloxane and / or polysilazane as the matrix material. There is at least one in the matrix material
  • Embedded phosphor which is intended to convert electromagnetic radiation.
  • the phosphor can comprise an inorganic material.
  • a first sub-layer, a second sub-layer and a third sub-layer are successively sprayed on one another
  • the sub-layers each have a maximum thickness of 10 ⁇ m, for example.
  • the conversion layer has a maximum thickness of 50 ⁇ m, for example.
  • the matrix material is liquid when the sublayers are applied and is cured only after application to the sapphire substrate. For example, curing takes place by means of a condensation reaction or an addition reaction.
  • the sapphire substrate and the conversion layer are separated into a multiplicity of conversion elements in a method step c).
  • the sapphire substrate and the conversion layer are separated using a common sawing process.
  • the sapphire substrate and the conversion layer can be made using
  • an etching process, a sawing process and / or a laser separation process are used as the separation process.
  • Conversion layer along the lines of an imaginary regular grid, for example a rectangular grid.
  • the method comprises
  • Conversion elements are based among other things on the following consideration. Conversion elements must be one
  • Conversion elements now make use of the idea of embedding the phosphor in a thin conversion layer.
  • the sub-layers are applied to the sapphire substrate by spraying, knife coating or printing.
  • Sapphire substrate offers the necessary mechanical stability to be processed in an encapsulation process.
  • the method advantageously enables the production of conversion elements with a particularly small thickness of the conversion layer, so that heat generated during operation can be dissipated from the conversion elements particularly efficiently.
  • step c) the sapphire substrate is cut by means of laser cutting and the conversion layer is cut by sawing.
  • the conversion layer is cut before the sapphire substrate is cut.
  • the different separation processes enable the risk of damage to the side surfaces on the sapphire substrate and to the surface created by the separation process
  • the conversion layer has a maximum thickness of 30 ⁇ m
  • the thickness is Conversion layer at most 15 ⁇ m, preferably at most 10 ⁇ m.
  • the thickness of the conversion layer is measured perpendicular to the main extension plane of the sapphire substrate.
  • the particularly small thickness of the conversion layer advantageously enables improved heat dissipation of heat generated in the conversion layer during operation.
  • the first main surface of the sapphire substrate has elevations and / or depressions which are arranged periodically along the first main surface.
  • the sapphire substrate is a wafer, in particular a so-called patterned
  • the elevations and / or sinks are, for example
  • the elevations and / or depressions are at a distance of at least 2 ⁇ m and at a maximum
  • the elevations and / or depressions at the nodes of an imaginary regular lattice for example a hexagonal lattice or rectangular lattice
  • Elevations and / or sinks an improved coupling of electromagnetic radiation from the conversion element.
  • a conversion element is also specified.
  • the conversion element can in particular be used with the previously
  • the conversion element comprises a sapphire substrate and a conversion layer which is arranged on a first main surface of the sapphire substrate, the conversion layer having a maximum thickness of 30 ⁇ m.
  • the conversion element has a thickness of at least 120 ⁇ m. In particular, that
  • Conversion element has a thickness of at least 150 ym.
  • the thickness of the sapphire substrate is, for example, at least 90 ⁇ m.
  • the thickness of the conversion element and the sapphire substrate is measured perpendicular to the main plane of extent of the sapphire substrate.
  • the conversion element has side faces, the side faces being traces of one
  • the side surfaces have traces of a sawing process, for example, and in the area of the sapphire substrate
  • the conversion layer comprises at least one of the phosphors from one of the following groups: Group 1: Garnets: yttrium aluminum garnet (YAG) doped with cerium (CE), gallium (Ga) or gadolinium (GD), lutetium aluminum garnet (LuAG);
  • Group 1 Garnets: yttrium aluminum garnet (YAG) doped with cerium (CE), gallium (Ga) or gadolinium (GD), lutetium aluminum garnet (LuAG);
  • Group 2 nitrides doped with Europium (EU) or oxynitrides doped with EU;
  • Group 3 CaAlSiN3: Eu (CASN endowed with EU) or
  • the conversion layer comprises a mixture of phosphors which are formed with oxides and nitrides.
  • the phosphor consists of particles that have a medium size
  • the phosphors are non-sinterable phosphors. In other words, the phosphors are not suitable for processing using a sintering process.
  • a concentration of the phosphor in the conversion layer is at least 50-60%.
  • a method for producing a light-emitting semiconductor component is also specified.
  • the method can be used, in particular, to emit light
  • Semiconductor component are produced, which comprises a conversion element described above. This means,
  • the light-emitting semiconductor component is, for example, a light-emitting diode, which is set up for this purpose during normal operation
  • the light-emitting semiconductor component is provided for this
  • the method comprises
  • Manufacturing the light-emitting semiconductor component involves a method step d) in which semiconductor chips are provided.
  • the semiconductor chips each have one
  • the semiconductor chips are
  • LED chips which are set up to generate and emit electromagnetic radiation.
  • electromagnetic radiation emitted by the LED chips is emitted in each case through their emission surface.
  • the semiconductor chips are intended to emit electromagnetic radiation in a wavelength range between 445 nm and 455 nm.
  • the carrier is, for example
  • Ceramic carrier which comprises contact structures for electrical contacting of the semiconductor chips.
  • the carrier has the shape of a 4 inch wafer.
  • the semiconductor chips can each be electrically conductively contacted.
  • the method comprises
  • the conversion elements are the conversion elements described above.
  • Conversion elements are set up, for example, to convert the radiation emitted by the semiconductor chips at least partially, so that the light-emitting
  • the method comprises a method step f) in which the
  • the conversion layer is arranged, the conversion layer the
  • the assigned semiconductor chip is facing.
  • the radiation area is complete in each case, in particular
  • the conversion elements are each by means of a
  • Adhesive layer mechanically firmly connected to the semiconductor chip.
  • the side of the conversion element with the sapphire substrate facing away from the semiconductor chip
  • the conversion layer can be arranged on a side of the conversion element facing the semiconductor chip.
  • this comprises Method a method step g) in which a cover film is provided, which the carrier and the
  • the cover sheet is
  • the cover film completely covers the carrier and is coherent, in particular simple
  • the cover film is, for example, a flexible film which is used in the
  • the film preferably comprises a polymer, in particular
  • PET Polyethylene terephthalate
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene copolymer
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVC Polyvinyl chloride
  • this comprises
  • Conversion elements is pressed. For example, pressure is exerted on the side of the film facing away from the conversion element, which pressure is exerted on the film by means of the film
  • Conversion elements is transferred.
  • the pressure can be exerted on the cover film using the tool.
  • this comprises
  • the potting compound the semiconductor chips and laterally completely surrounds the conversion elements.
  • the conversion elements and the semiconductor chips are each completely in the lateral direction, parallel to their main extension plane
  • Potting compound surround, for example, the side surfaces of the semiconductor chips and / or the conversion elements
  • the cover film completely covers the side of the conversion elements facing away from the semiconductor chips, so that the casting compound has the conversion elements on its side
  • Side facing away from semiconductor chips is not covered.
  • the side of the conversion elements facing away from the semiconductor chips is free of the sealing compound.
  • the casting compound is by means of a
  • the casting compound comprises, for example, a polymer material, in particular a silicone or epoxy. Particles can form in the sealing compound
  • Titanium oxide (Ti02) or silicon dioxide (Si02) can be introduced.
  • the casting compound is cured, for example, first at 180 ° C and then at 150 ° C for four hours.
  • the potting compound can be formed with a reflective material.
  • this comprises
  • the potting compound and the carrier are cut using a sawing process.
  • the emerging light-emitting semiconductor components can each comprise at least one semiconductor chip.
  • the light-emitting semiconductor components each comprise a plurality of semiconductor chips.
  • the method comprises
  • Semiconductor chips have radiation surfaces and are arranged on a common carrier;
  • the conversion elements each have an area of 1 mm ⁇ , in particular 2 mm ⁇ .
  • the weight with which the cover film is pressed onto the conversion elements is so great that the cover film in process step i)
  • the method for producing a light-emitting semiconductor component the
  • Potting compound introduced with a pressure between 30 and 150 bar, preferably between 60 and 120 bar.
  • any air-filled areas between the carrier and the cover film are completely filled with the sealing compound.
  • the sealing compound For example, between the
  • introducing the potting compound for example, a surface of the potting compound facing away from the carrier is completely in direct contact with the cover film.
  • the shape of the surface of the sealing compound is specified using the cover film.
  • a light-emitting semiconductor component is also specified.
  • the light-emitting semiconductor component can be used in particular with the method described above
  • light emitting semiconductor device are disclosed features also disclosed for the method for producing the light-emitting semiconductor component and vice versa.
  • the light-emitting semiconductor component comprises a semiconductor chip with a
  • the semiconductor chip is a previously described semiconductor chip.
  • the conversion element is attached to the radiation surface by means of an adhesive layer.
  • the conversion layer is on a side of the semiconductor chip facing the semiconductor chip
  • Conversion element arranged, and the semiconductor chip and the conversion element are laterally surrounded by a potting compound, wherein the conversion element projects above the potting compound in the vertical direction.
  • the lateral direction runs along the main extension plane of the sapphire substrate and the vertical direction runs perpendicular to the
  • the conversion element projects beyond the potting compound on a side facing away from the semiconductor chip.
  • the conversion element projects beyond the potting compound by at least 10 ⁇ m, preferably by at least 20 ⁇ m.
  • the conversion element overhangs the
  • the thickness of the cover film can be at least 10 ⁇ m, in particular at least 20 ⁇ m.
  • the semiconductor chip is by means of a
  • the bonding wire is completely embedded in the casting compound, and the conversion element projects above the bonding wire in the vertical direction.
  • the thickness of the conversion element is used to determine the extent to which the sealing compound protrudes in the vertical direction beyond the semiconductor chip.
  • the thickness of the conversion element is chosen so that the conversion element around the bonding wire
  • a complete embedding of the bond wire in the potting compound enables a particularly reliable light-emitting semiconductor component.
  • Conversion elements the conversion element, the method for producing a light-emitting semiconductor component and the light-emitting semiconductor component result from the following, in conjunction with the figures
  • FIGS 1, 2 and 3 show in schematic
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of conversion elements according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of a light-emitting semiconductor component according to one
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a sapphire substrate 110 for producing conversion elements described here.
  • the sapphire substrate 110 is processed in a process step a) of the process for producing
  • the sapphire substrate comprises elevations 111 which are arranged on the first main surface 110a of the sapphire substrate 110.
  • the elevations 111 are each conical.
  • the elevations 111 can be pyramid-shaped or dome-shaped.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a sapphire substrate 110 and a conversion layer 120 according to the method steps a) and b) described here
  • a first sub-layer 121, a second sub-layer 122 and a third sub-layer 123 is arranged.
  • the sub-layers 121, 122, 123 are applied one after the other by spraying.
  • the sublayers 121, 122, 123 completely cover the first main surface 110a of the sapphire substrate 110.
  • the conversion layer 120 has a thickness D of 30 ⁇ m.
  • the thickness D can be 10 ⁇ m.
  • the thickness D is the maximum thickness of the conversion layer 120 perpendicular to it
  • the conversion layer 120 covers the elevations 111 on the first main surface 110a
  • the conversion layer 120 has a plane on a side facing away from the sapphire substrate 110
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a stage of the method for producing
  • Sapphire substrate 110 separated along imaginary dividing lines 90.
  • the sapphire substrate and the conversion layer are separated using different separation processes.
  • the conversion layer is by means of a sawing process
  • the conversion layer 120 can be severed by means of an etching process.
  • the sapphire substrate 110 is severed, for example by means of a laser separation method, along the dividing lines 90, so that individual ones
  • Conversion elements 100 are formed. When separating the Sapphire substrate 110 and conversion layer 120 result in a multiplicity of conversion elements 100, each having side faces 110c.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of conversion elements described here according to one
  • the conversion elements 100 each comprise a sapphire substrate 110 and a conversion layer 120, which is on the first main surface 110a of the
  • Sapphire substrate 110 is arranged.
  • Conversion layer 120 has a thickness D of 30 ⁇ m. Perpendicular to the main plane of extent of the sapphire substrate 110, the conversion elements each have a thickness T of at least 120 ⁇ m. In particular, the conversion elements 100 point in the vertical direction, perpendicular to theirs
  • Main extension plane each with a thickness T of at least 150 ym.
  • the individual conversion elements 100 have traces of a separation process on their side surfaces 100c.
  • the tracks are, for example, tracks from a sawing process and / or a laser cutting process.
  • the conversion layer comprises at least one of the
  • Phosphors from one of the following groups are Phosphors from one of the following groups:
  • Group 1 Garnets: yttrium aluminum garnet (YAG) doped with cerium (CE), gallium (Ga) or gadolinium (GD), lutetium aluminum garnet (LuAG);
  • Group 2 nitrides doped with Europium (EU) or oxynitrides doped with EU;
  • Group 3 CaAlSiN3: Eu (CASN endowed with EU) or
  • FIG. 5 shows a stage of a method for the method described here in a schematic sectional illustration
  • FIG. 5 shows an arrangement according to process steps d), e) and f).
  • semiconductor chips 200 are provided, the semiconductor chips 200 having emission surfaces 200a and on a common carrier 300
  • the carrier 300 is
  • the semiconductor chips 200 are each electrically conductively contacted by means of bond wires 600.
  • Conversion elements 100 are provided in method step e).
  • the conversion elements 100 are produced in the method steps a) to c) described above.
  • the conversion layer 120 facing the associated semiconductor chip 200.
  • the conversion elements 100 are each mechanically firmly connected to a semiconductor chip 200 by means of an adhesive layer 700.
  • the conversion elements 100 cover at least 80% of the
  • FIG. 6 shows a stage of a method for the method described here in a schematic sectional illustration
  • the film is thermoformed on a surface of a tool 410
  • step h) the cover film 400 is pressed onto the side of the conversion elements 100 facing away from the semiconductor chips 200 by means of the tool 410. It acts on those facing away from the semiconductor chips 200
  • Each of the conversion elements 100 has a weight of at least 200 g.
  • the weight of the conversion elements 100 has a weight of at least 200 g.
  • Conversion elements on a side facing away from the semiconductor chip 200 have an area of at most 2 mm ⁇ , preferably at most 1 mm ⁇ .
  • FIG. 7 shows a stage of the method for producing a in a schematic sectional illustration
  • the potting compound 500 also completely surrounds the conversion elements 100 in lateral directions.
  • the lateral directions run, for example, parallel to the main extension plane of the
  • the potting compound 500 is introduced between the carrier 300 and the cover film 400 by means of an injection molding process.
  • the potting compound 500 is introduced at a pressure between 30 bar and 150 bar.
  • the cover film 400 is placed on the
  • the side facing away from the semiconductor chip 200 is the
  • Carriers 300 become single light emitting
  • each light-emitting semiconductor component 1 in each case comprises exactly one light-emitting semiconductor chip 200.
  • the individual light-emitting semiconductor components 1 can each comprise a plurality of semiconductor chips 200.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional illustration of a light-emitting semiconductor component 1 described here according to an exemplary embodiment.
  • Semiconductor component 1 comprises a semiconductor chip 200 with a radiation surface 200a and a conversion element 100.
  • the conversion element 100 is firmly attached to the radiation surface 200a by means of an adhesive layer 700.
  • the conversion layer 120 of the conversion element 100 is on a side of the semiconductor chip 200 facing the
  • the semiconductor chip 200 and the conversion element 100 are each completely in the lateral direction from the
  • the conversion element 100 overhangs the
  • Potting compound 500 by at least 10 ⁇ m, preferably by at least 20 ym.
  • the semiconductor chip 200 is electrically conductively contacted by means of a bonding wire 600, the bonding wire 600 being completely embedded in the potting compound 500, and the conversion element 100 making the bonding wire 600 in a vertical direction

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von Konversionselementen (100) mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Saphirsubstrats (110); b) Bilden einer Konversionsschicht (120) auf einer ersten Hauptfläche (110a) des Saphirsubstrats (110); c) Vereinzeln des Saphirsubstrats (110) und der Konversionsschicht (120) in eine Vielzahl von Konversionselementen (100).

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON KONVERSIONSELEMENTEN, KONVERSIONSELEMENTE, VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES LICHTEMITTIERENDEN HALBLEITERBAUTEILS UND LICHTEMITTIERENDES
HALBLEITERBAUTEIL
Es wird ein Verfahren zum Herstellen von Konversionselementen angegeben. Darüber hinaus wird ein Konversionselement angegeben. Ferner werden ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils und ein
lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin,
besonders robuste und effiziente Konversionselemente
anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von solchen Konversionselementen anzugeben .
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einer
verbesserten Effizienz und einem verbesserten
Abstrahlverhalten anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen lichtemittierenden Bauteils anzugeben. Insbesondere kann ein solches lichtemittierendes Bauteil ein zuvor erwähntes
Konversionselement umfassen.
Die Konversionselemente sind dazu vorgesehen
elektromagnetische Strahlung in einem ersten
Wellenlängenbereich zu absorbieren und in einem zweiten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Dabei ist der zweite Wellenlängenbereich insbesondere ein langwelligerer
Wellenlängenbereich als der erste Wellenlängenbereich.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen von Konversionselementen einen Verfahrensschritt a) , in welchem ein Saphirsubstrat bereitgestellt wird. Bei dem Saphirsubstrat handelt es sich beispielsweise um einen Wafer, insbesondere einen 4"-Wafer, welcher aus
monokristallinem Saphir gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen von Konversionselementen einen Verfahrensschritt b) , bei dem eine Konversionsschicht auf einer ersten
Hauptfläche des Saphirsubstrats gebildet wird. Die
Konversionsschicht wird beispielsweise mittels Sprühen, Drucken oder Rakeln aufgebracht. Die Konversionsschicht umfasst beispielsweise Polysiloxan und/oder Polysilazan als Matrixmaterial. In das Matrixmaterial ist zumindest ein
Leuchtstoff eingebettet, welcher dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu konvertieren. Der Leuchtstoff kann ein anorganisches Material umfassen.
Beispielsweise werden beim Bilden der Konversionsschicht eine erste Subschicht, eine zweite Subschicht und eine dritte Subschicht nacheinander aufeinander mittels Sprühen
aufgebracht. Die Subschichten weisen beispielsweise jeweils eine Dicke von maximal 10 ym auf. Die gesamte
Konversionsschicht weist beispielsweise eine Dicke von maximal 50 ym auf. Insbesondere ist das Matrixmaterial beim Aufbringen der Subschichten flüssig und wird erst nach dem Aufbringen auf dem Saphirsubstrat ausgehärtet. Beispielsweise findet das Aushärten mittels einer Kondensationsreaktion oder einer Additionsreaktion statt. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Konversionselementen werden in einem Verfahrensschritt c) das Saphirsubstrat und die Konversionsschicht in eine Vielzahl von Konversionselementen vereinzelt. Beispielsweise werden das Saphirsubstrat und die Konversionsschicht mittels eines gemeinsamen Sägeprozesses vereinzelt. Alternativ können das Saphirsubstrat und die Konversionsschicht mittels
unterschiedlicher Trennverfahren vereinzelt werden.
Beispielsweise werden als Trennverfahren ein Ätzverfahren, ein Sägeverfahren und/oder ein Lasertrennverfahren verwendet. Insbesondere werden das Saphirsubstrat und die
Konversionsschicht entlang den Linien eines imaginären regelmäßigen Gitters, zum Beispiel eines Rechteckgitters vereinzelt .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen von Konversionselementen die folgenden
Verfahrensschritte :
a) Bereitstellen eines Saphirsubstrats;
b) Bilden einer Konversionsschicht auf einer ersten
Hauptfläche des Saphirsubstrats;
c) Vereinzeln des Saphirsubstrats und der Konversionsschicht in eine Vielzahl von Konversionselementen.
Einem hier beschriebenen Verfahren zum Herstellen von
Konversionselementen liegt dabei unter anderem die folgende Überlegung zugrunde. Konversionselemente müssen eine
besonders hohe mechanische Stabilität aufweisen, um in einem Verkapselungsprozess, beispielsweise Film Assisted Mold- Prozess (FAM-Prozess) oder Exposed-Die-Verkapselungsprozess , weiterverarbeitet werden zu können. Daher werden
üblicherweise ausschließlich auf Keramik basierende Konversionselemente verwendet, wodurch wiederum
ausschließlich Leuchtstoffe verwendbar sind, welche in einem Sinterprozess verarbeitbar sind. Somit ist die Auswahl der Leuchtstoffe bei Konversionselementen, die in einem
Verkapselungsprozess weiterverarbeitet werden sollen, stark eingeschränkt .
Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung von
Konversionselementen macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, den Leuchtstoff in eine dünne Konversionsschicht einzubetten. Die Subschichten werden mittels Sprühen, Rakeln oder Drucken auf dem Saphirsubstrat aufgebracht. Das
Saphirsubstrat bietet die nötige mechanische Stabilität, um in einem Verkapselungsprozess weiterverarbeitet zu werden. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Konversionselementen mit einer besonders geringen Dicke der Konversionsschicht, sodass im Betrieb entstehende Wärme aus den Konversionselementen besonders effizient abgeleitet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird in Verfahrensschritt c) das Saphirsubstrat mittels Laserschneiden durchtrennt und die Konversionsschicht wird mittels Sägen durchtrennt.
Beispielsweise wird die Konversionsschicht durchtrennt, bevor das Saphirsubstrat durchtrennt wird. Vorteilhafterweise ermöglichen die unterschiedlichen Trennverfahren das Risiko von Beschädigungen jeweils an denen durch das Trennverfahren entstehenden Seitenflächen am Saphirsubstrat und an der
Konversionsschicht zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt b) die Konversionsschicht mit einer Dicke von maximal 30 ym
aufgebracht. Insbesondere beträgt die Dicke der Konversionsschicht maximal 15 ym, bevorzugt maximal 10 ym.
Die Dicke der Konversionsschicht wird dabei senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Saphirsubstrats gemessen.
Vorteilhafterweise ermöglicht die besonders geringe Dicke der Konversionsschicht eine verbesserte Wärmeableitung von im Betrieb in der Konversionsschicht entstehender Wärme.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Hauptfläche des Saphirsubstrats Erhebungen und/oder Senken auf, die entlang der ersten Hauptfläche periodisch angeordnet sind.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Saphirsubstrat um einen Wafer, insbesondere um ein sogenanntes Patterned
Sapphire Substrate (PSS-Substrat) .
Die Erhebungen und/oder Senken sind beispielsweise
konusförmig, kuppelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet und können senkrecht zur ersten Hauptfläche eine Höhe
und/oder Tiefe zwischen einschließlich 0,65 ym und 2 ym aufweisen. Beispielsweise weisen die Erhebungen und/oder Senken einen Abstand von zumindest 2 ym und maximal
einschließlich 10 ym auf. Entlang der ersten Hauptfläche des Saphirsubstrats können die Erhebungen und/oder Senken an den Knotenpunkten eines imaginären regelmäßigen Gitters, zum Beispiel eines Sechseckgitters oder Rechteckgitters
angeordnet sein. Vorteilhafterweise ermöglichen die
Erhebungen und/oder Senken eine verbesserte Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Konversionselement.
Es wird des Weiteren ein Konversionselement angegeben. Das Konversionselement kann insbesondere mit dem zuvor
beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das Konversionselement offenbart und umgekehrt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Saphirsubstrat und eine Konversionsschicht, welche auf einer ersten Hauptfläche des Saphirsubstrats angeordnet ist, wobei die Konversionsschicht eine maximale Dicke von 30 ym aufweist .
Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionselement eine Dicke von zumindest 120 ym auf. Insbesondere weist das
Konversionselement eine Dicke von zumindest 150 ym auf. Die Dicke des Saphirsubstrats beträgt beispielsweise zumindest 90 ym. Die Dicke des Konversionselements und des Saphirsubstrats wird senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Saphirsubstrats gemessen. Vorteilhaferweise weist ein derartiges
Konversionselement eine besonders hohe mechanische Stabilität auf .
Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionselement Seitenflächen auf, wobei die Seitenflächen Spuren eines
Vereinzelungsprozesses aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei den Seitenflächen des Konversionselements um
Flächen, welche beim Vereinzeln des Konversionselements entstehen. Beispielsweise weisen die Seitenflächen im Bereich der Konversionsschicht eine andere Art von Spuren eines
Vereinzelungsprozesses auf als die Seitenflächen im Bereich des Saphirsubstrats. Im Bereich der Konversionsschicht weisen die Seitenflächen beispielsweise Spuren eines Sägeprozesses auf und im Bereich des Saphirsubstrats weisen die
Seitenflächen Spuren eines Lasertrennverfahrens auf.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Konversionsschicht zumindest einen der Leuchtstoffe aus einer der folgenden Gruppen : Gruppe 1: Granate: Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dotiert mit Cerium (CE) , Gallium (Ga) oder Gadolinium (GD) , Lutetium- Aluminium Granat (LuAG) ;
Gruppe 2 : Nitride dotiert mit Europium (EU) oder Oxinitride dotiert mit EU;
Gruppe 3: CaAlSiN3:Eu (CASN dotiert mit EU) oder
( Sr, Ca) AlSiN3 : Eu (SCASN dotiert mit EU). Insbesondere umfasst die Konversionsschicht eine Mischung aus Leuchtstoffen, die mit Oxiden und Nitriden gebildet sind. Beispielsweise besteht der Leuchtstoff aus Partikeln, die einen mittleren
Durchmesser von zumindest 200 nm aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei den Leuchtstoffen um nicht-sinterfähige Leuchtstoffe. Mit anderen Worten sind die Leuchtstoffe nicht geeignet mittels eines Sinterverfahrens verarbeitet zu werden .
Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine Konzentration des Leuchtstoffs in der Konversionsschicht zumindest 50-60%.
Vorteilhafterweise ermöglicht die besonders hohe
Konzentration des Leuchtstoffs in der Konversionsschicht eine besonders effiziente Konversion von elektromagnetischer
Strahlung .
Es wird des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein lichtemittierendes
Halbleiterbauteil hergestellt werden, welches ein zuvor beschriebenes Konversionselement umfasst. Das heißt,
sämtliche für das lichtemittierende Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Konversionselement offenbart und umgekehrt. Bei dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil handelt es sich beispielsweise um eine lichtemittierende Diode, welche dazu eingerichtet ist im bestimmungsgemäßen Betrieb
elektromagnetische Strahlung im sichtbaren
Wellenlängenbereich zu emittieren. Insbesondere ist das lichtemittierende Halbleiterbauteil dazu vorgesehen
elektromagnetische Strahlung eines weißen Farbortes zu emittieren .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen des lichtemittierenden Halbleiterbauteils einen Verfahrensschritt d) bei dem Halbleiterchips bereitgestellt werden. Die Halbleiterchips weisen jeweils eine
Abstrahlfläche auf und sind auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Bei den Halbleiterchips handelt es sich
beispielsweise um LED-Chips, welche dazu eingerichtet sind elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und zu emittieren. Insbesondere wird im bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest ein Großteil der emittierten elektromagnetischen Strahlung der LED-Chips jeweils durch deren Abstrahlfläche emittiert.
Beispielsweise sind die Halbleiterchips dazu vorgesehen elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 445nm und 455 nm zu emittieren.
Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen
Keramikträger, welcher Kontaktstrukturen zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips umfasst. Insbesondere hat der Träger die Form eines 4 Zoll Wafers. Mittels der
elektrischen Kontaktstrukturen sind die Halbleiterchips jeweils elektrisch leitend kontaktierbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen eines Halbleiterbauteils einen Verfahrensschritt e) bei welchem Konversionselemente bereitgestellt werden. Insbesondere handelt es sich bei den Konversionselementen um die zuvor beschriebenen Konversionselemente. Die
Konversionselemente sind beispielsweise dazu eingerichtet die von den Halbleiterchips emittierte Strahlung zumindest teilweise zu konvertieren, sodass das lichtemittierende
Halbleiterbauteil weißes Licht mit einem Farbort in einem CIE-Farbraum mit cx=0,33 und cy=0,35 emittiert.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt f) bei dem auf den
Abstrahlflächen jeweils eines der Konversionselemente
angeordnet wird, wobei die Konversionsschicht dem
zugeordneten Halbleiterchip zugewandt ist. Beispielsweise ist die Abstrahlfläche jeweils vollständig, insbesondere
zumindest zu 80 %, von dem der jeweiligen Abstrahlfläche zugeordneten Konversionselement überdeckt. Beispielsweise sind die Konversionselemente jeweils mittels einer
KlebstoffSchicht mechanisch fest mit dem Halbleiterchip verbunden. Insbesondere ist die dem Halbleiterchip abgewandte Seite des Konversionselements mit dem Saphirsubstrat
gebildet. Insbesondere kann die Konversionsschicht an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Konversionselements angeordnet sein. Vorteilhafterweise ermöglicht das Anordnen der Konversionsschicht an einer dem Halbleiterchip
zugewandten Seite eine besonders effiziente Entwärmung des Konversionselements, da im bestimmungsgemäßen Betrieb im Konversionselement entstehende Wärme besonders vereinfacht über den Halbleiterchip abgeleitet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt g) bei dem eine Deckfolie bereitgestellt wird, welche den Träger und die
Konversionselemente überdeckt. Die Deckfolie ist
beispielsweise an der vom Träger abgewandten Seite der
Konversionselemente an einem Werkzeug angeordnet.
Insbesondere überdeckt die Deckfolie den Träger vollständig und ist zusammenhängend, insbesondere einfach
zusammenhängend, ausgebildet. Beispielweise wird die
Deckfolie mittels Tiefziehens an einer Oberfläche des
Werkzeugs befestigt. Bei der Deckfolie handelt es sich beispielsweise um eine flexible Folie, welche sich beim
Auflegen auf den Träger, die Halbleiterchips und die
Konversionselemente an die Oberflächenkontur anpasst. Die Folie umfasst bevorzugt ein Polymer, insbesondere
Polyethylenterephthalat (PET) , Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymer (ETFE) , Polytetrafluorethylen (PTFE) ,
Polyvinylchlorid (PVC) .
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das
Verfahren einen Verfahrensschritt h) bei dem die Deckfolie auf die den Halbleiterchips abgewandte Seite der
Konversionselemente aufgedrückt wird. Beispielsweise wird auf die dem Konversionselement abgewandte Seite der Folie ein Druck ausgeübt, welcher mittels der Folie auf die
Konversionselemente übertragen wird. Der Druck kann mittels des Werkzeugs auf die Deckfolie ausgeübt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das
Verfahren einen Verfahrensschritt i) bei dem eine
Vergussmasse zwischen die Deckfolie und den Träger
eingebracht wird, wobei die Vergussmasse die Halbleiterchips und die Konversionselemente jeweils lateral vollständig umgibt. Mit anderen Worten, sind die Konversionselemente und die Halbleiterchips jeweils in lateraler Richtung, parallel zu ihrer Haupterstreckungsebene, vollständig von der
Vergussmasse umgeben, wobei beispielsweise die Seitenflächen der Halbleiterchips und/oder der Konversionselemente
teilweise frei von der Vergussmasse sind. Insbesondere bedeckt die Deckfolie die den Halbleiterchips abgewandte Seite der Konversionselemente jeweils vollständig, sodass die Vergussmasse die Konversionselemente an ihrer den
Halbleiterchips abgewandten Seite jeweils nicht überdeckt. Beispielsweise ist die den Halbleiterchips abgewandte Seite der Konversionselemente frei von der Vergussmasse.
Insbesondere wird die Vergussmasse mittels eines
Spritzgussverfahrens eingebracht. Die Vergussmasse umfasst beispielsweise ein Polymermaterial, insbesondere ein Silikon oder Epoxid. In der Vergussmasse können Partikel aus
Titanoxid (Ti02) oder Siliziumdioxid (Si02) eingebracht sein. Die Vergussmasse wird beispielsweise erst bei 180°C und anschließend bei 150°C für vier Stunden ausgehärtet. Die Vergussmasse kann mit einem reflektierenden Material gebildet sein .
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das
Verfahren einen Verfahrensschritt j) bei dem die Deckfolie entfernt wird und die Vergussmasse und der Trägers zu
einzelnen lichtemittierenden Halbleiterbauteilen durchtrennt werden .
Beispielsweise werden die Vergussmasse und der Träger mittels eines Sägeprozesses durchtrennt. Die entstehenden lichtemittierenden Halbleiterbauteile können jeweils zumindest einen Halbleiterchip umfassen. Insbesondere umfassen die lichtemittierenden Halbleiterbauteile jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterchips.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum
Herstellen des lichtemittierenden Halbleiterbauteils (1) folgende Verfahrensschritte:
d) Bereitstellen von Halbleiterchips, wobei die
Halbleiterchips Abstrahlflächen aufweisen und auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind;
e) Bereitstellen von Konversionselementen gemäß einem der vorherigen Ansprüche;
f) Anordnen je eines der Konversionselemente auf den
Abstrahlflächen, wobei die Konversionsschicht dem
zugeordneten Halbleiterchip zugewandt ist;
g) Bereitstellen einer Deckfolie, welche den Träger und die Konversionselemente überdeckt;
h) Aufdrücken der Deckfolie auf die den Halbleiterchips abgewandte Seite der Konversionselemente;
i) Einbringen einer Vergussmasse zwischen die Deckfolie und den Träger, wobei die Vergussmasse die Halbleiterchips jeweils lateral vollständig umgibt;
j) Entfernen der Deckfolie und Durchtrennen der Vergussmasse und des Trägers zu einzelnen lichtemittierenden
Halbleiterbauteilen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils wird im
Verfahrensschritt h) die Deckfolie mit einem Gewicht von jeweils zumindest 200 g auf die Konversionselemente
aufgedrückt. Insbesondere wird die Deckfolie mit einem
Gewicht von jeweils zumindest 500 g auf die Konversionselemente aufgedrückt. Beispielsweise weisen die Konversionselemente an ihrer den Halbleiterchips abgewandten Seite jeweils eine Fläche von 1 mm^, insbesondere 2 mm^ auf. Insbesondere ist das Gewicht, mit welchem die Deckfolie jeweils auf die Konversionselemente aufgedrückt wird, so groß, dass die Deckfolie im Verfahrensschritt i) beim
Einbringen der Vergussmasse mit der von den Halbleiterchips abgewandte Seite in direktem Kontakt bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils wird die
Vergussmasse im Verfahrensschritt i) mit einem Druck von zumindest 30 bar eingebracht. Insbesondere wird die
Vergussmasse mit einem Druck zwischen 30 und 150 bar, bevorzugt zwischen 60 und 120 bar eingebracht.
Insbesondere werden etwaige mit Luft gefüllte Bereiche zwischen dem Träger und der Deckfolie vollständig mit der Vergussmasse gefüllt. Beispielsweise wird zwischen der
Deckfolie und dem Träger ein Unterdrück erzeugt, sodass das Einbringen der Vergussmasse vereinfacht wird. Nach dem
Einbringen der Vergussmasse steht beispielsweise eine dem Träger abgewandte Oberfläche der Vergussmasse vollständig in direktem Kontakt mit der Deckfolie. Beispielsweise wird die Form der Oberfläche der Vergussmasse mittels der Deckfolie vorgegeben .
Es wird des Weiteren ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Das lichtemittierende Halbleiterbauteil kann insbesondere mit dem zuvor beschriebenen Verfahren zur
Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das
lichtemittierende Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zum Herstellen des lichtemittierenden Halbleiterbauteils offenbart und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip mit einer
Abstrahlfläche und einem zuvor beschriebenen
Konversionselement, wobei das Konversionselement
stoffschlüssig an der Abstrahlfläche befestigt ist.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen zuvor beschriebenen Halbleiterchip. Beispielsweise ist das Konversionselement mittels einer KlebstoffSchicht an der Abstrahlfläche befestigt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Konversionsschicht an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite des
Konversionselements angeordnet, und der Halbleiterchip und das Konversionselement sind lateral von einer Vergussmasse umgeben, wobei das Konversionselement die Vergussmasse in vertikaler Richtung überragt. Die laterale Richtung verläuft entlang der Haupterstreckungsebene des Saphirsubstrats und die vertikale Richtung verläuft senkrecht zur
Haupterstreckungsebene des Saphirsubstrats.
Insbesondere überragt das Konversionselement die Vergussmasse an einer von dem Halbleiterchip abgewandten Seite. Gemäß einer Ausführungsform überragt das Konversionselement die Vergussmasse um zumindest 10 ym, bevorzugt um zumindest 20 ym. Beispielsweise überragt das Konversionselement die
Vergussmasse in vertikaler Richtung um die Dicke der
Abdeckfolie. Die Dicke der Abdeckfolie kann zumindest 10 ym, insbesondere zumindest 20 ym, betragen. Gemäß einer Ausführungsform des lichtemittierenden Halbleiterbauteils ist der Halbleiterchip mittels eines
Bonddrahtes elektrisch leitend kontaktiert, wobei
der Bonddraht vollständig in die Vergussmasse eingebettet ist, und das Konversionselement den Bonddraht in vertikaler Richtung überragt. Beispielsweise wird mittels der Dicke des Konversionselements vorgegeben, wieweit die Vergussmasse in vertikaler Richtung über den Halbleiterchip hinausragt.
Beispielsweise wird die Dicke des Konversionselements so gewählt, dass das Konversionselement den Bonddraht um
zumindest 20 ym überragt. Vorteilhafterweise ermöglicht eine komplette Einbettung des Bonddrahtes in die Vergussmasse ein besonders zuverlässiges lichtemittierendes Halbleiterbauteil.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des Verfahrens zum Herstellen von
Konversionselementen, des Konversionselements, des Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils und des lichtemittierenden Halbleiterbauteils ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispielen .
Es zeigen die Figuren 1, 2 und 3 in schematischen
Schnittdarstellungen unterschiedliche Stadien während eines Verfahrens zum Herstellen von Konversionselementen gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Es zeigt die Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung von Konversionselementen gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Es zeigen die Figuren 5, 6 und 7 in schematischen
Schnittdarstellungen unterschiedliche Stadien während eines Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Es zeigt die Figur 8 eine schematische Schnittansicht eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß eines
Ausführungsbeispiels .
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende 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.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Saphirsubstrats 110 zur Herstellung von hier beschriebenen Konversionselementen. Das Saphirsubstrat 110 wird in einem Verfahrensschritt a) des Verfahrens zum Herstellen von
Konversionselementen bereitgestellt. Das Saphirsubstrat umfasst Erhebungen 111 die an der ersten Hauptfläche 110a des Saphirsubstrats 110 angeordnet sind. Vorliegend sind die Erhebungen 111 jeweils konusförmig ausgebildet. Alternativ können die Erhebungen 111 pyramidenförmig oder kuppelförmig ausgebildet sein.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Saphirsubstrats 110 und einer Konversionsschicht 120 nach den hier beschriebenen Verfahrensschritten a) und b) des
Verfahrens zum Herstellen von Konversionselementen gemäß eines Ausführungsbeispiels. Zum Bilden der Konversionsschicht 120 sind auf der ersten Hauptfläche 110a des Saphirsubstrats eine erste Subschicht 121, eine zweite Subschicht 122 und eine dritte Subschicht 123 angeordnet. Die Subschichten 121, 122, 123 sind mittels Sprühens aufeinander nacheinander aufgebracht. Die Subschichten 121, 122, 123 bedecken die erste Hauptfläche 110a des Saphirsubstrats 110 vollständig.
Die Konversionsschicht 120 weist eine Dicke D von 30 ym auf. Alternativ kann die Dicke D 10 ym betragen. Insbesondere handelt es sich bei der Dicke D um die maximale Dicke der Konversionsschicht 120 senkrecht zu ihrer
Haupterstreckungsebene. Die Konversionsschicht 120 bedeckt die Erhebungen 111 an der ersten Hauptfläche 110a
vollständig, sodass die Konversionsschicht 120 an einer von dem Saphirsubstrat 110 abgewandten Seite eine plane
Oberfläche aufweist.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Stadiums des Verfahrens zum Herstellen von
Konversionselementen im Verfahrensschritt c) , bei dem das Saphirsubstrat 110 und die Konversionsschicht 120 in eine Vielzahl von Konversionselementen 100 vereinzelt werden.
Dabei werden die Konversionsschicht 120 und das
Saphirsubstrat 110 entlang von imaginären Trennlinien 90 vereinzelt .
Dabei werden das Saphirsubstrat und die Konversionsschicht mittels unterschiedlicher Trennverfahren vereinzelt. Die Konversionsschicht ist mittels eines Sägeverfahrens
durchtrennt. Alternativ kann die Konversionsschicht 120 mittels eines Ätzverfahrens durchtrennt sein. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Saphirsubstrat 110 beispielsweise mittels eines Lasertrennverfahrens entlang der Trennlinien 90 durchtrennt, sodass einzelne
Konversionselemente 100 gebildet werden. Beim Vereinzeln des Saphirsubstrats 110 und der Konversionsschicht 120 entsteht eine Vielzahl von Konversionselementen 100, die jeweils Seitenflächen 110c aufweisen.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung von hier beschriebenen Konversionselementen gemäß eines
Ausführungsbeispiels. Die Konversionselemente 100 umfassen jeweils ein Saphirsubstrat 110 und eine Konversionsschicht 120, welche auf der ersten Hauptfläche 110a des
Saphirsubstrats 110 angeordnet ist. Dabei weist die
Konversionsschicht 120 eine Dicke D von 30 ym auf. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Saphirsubstrats 110 weisen die Konversionselemente jeweils eine Dicke T von zumindest 120 ym auf. Insbesondere weisen die Konversionselemente 100 in vertikaler Richtung, senkrecht zu ihrer
Haupterstreckungsebene, jeweils eine Dicke T von zumindest 150 ym auf. Die einzelnen Konversionselemente 100 weisen an ihren Seitenflächen 100c Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf. Bei den Spuren handelt es sich beispielsweise um Spuren eines Sägeprozesses und/oder eines Lasertrennprozesses.
Die Konversionsschicht umfasst zumindest einen der
Leuchtstoffe aus einer der folgenden Gruppen:
Gruppe 1: Granate: Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dotiert mit Cerium (CE) , Gallium (Ga) oder Gadolinium (GD) , Lutetium- Aluminium Granat (LuAG) ;
Gruppe 2 : Nitride dotiert mit Europium (EU) oder Oxinitride dotiert mit EU;
Gruppe 3: CaAlSiN3:Eu (CASN dotiert mit EU) oder
( Sr, Ca) AlSiN3 : Eu (SCASN dotiert mit EU). Der Leuchtstoff 129 liegt zumindest mit einer Konzentration von 50% bis 60% in der Konversionsschicht 120 vor. Die Figur 5 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Stadium eines hier beschriebenen Verfahrens zum
Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die in Figur 5 dargestellte Ansicht zeigt eine Anordnung nach den Verfahrensschritten d) , e) und f) . Im Verfahrensschritt d) werden Halbleiterchips 200 bereitgestellt, wobei die Halbleiterchips 200 Abstrahlflächen 200a aufweisen und auf einem gemeinsamen Träger 300
angeordnet sind. Bei dem Träger 300 handelt es sich
beispielsweise um einen Keramikträger mit Kontaktstrukturen 310 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips 200. Mittels Bonddrähten 600 sind die Halbleiterchips 200 jeweils elektrisch leitend kontaktiert.
Im Verfahrensschritt e) werden Konversionselemente 100 bereitgestellt. Insbesondere sind die Konversionselemente 100 in den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten a) bis c) hergestellt .
In einem Verfahrensschritt f) wird je eines der
Konversionselemente 100 auf den Abstrahlflächen 200a
angeordnet, wobei die Konversionsschicht 120 dem zugeordneten Halbleiterchip 200 zugewandt ist. die Konversionselemente 100 werden jeweils mittels einer KlebstoffSchicht 700 mechanisch fest mit einem Halbleiterchip 200 verbunden. Beispielsweise bedecken die Konversionselemente 100 zumindest 80 % der
Abstrahlfläche 200a.
Die Figur 6 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Stadium eines hier beschriebenen Verfahrens zum
Herstellen von lichtemittierenden Halbleiterbauteilen nach dem Verfahrensschritt g) gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Bei dem Verfahrensschritt g) wird eine Deckfolie 400 bereitgestellt, welche den Träger 300 und die
Konversionselemente 100 überdeckt. Die Folie wird mittels Tiefziehens an einer Oberfläche eines Werkzeugs 410
befestigt. In einem Verfahrensschritt h) wird die Deckfolie 400 mittels des Werkzeugs 410 auf die den Halbleiterchips 200 abgewandte Seite der Konversionselemente 100 aufgedrückt. Dabei wirkt auf die den Halbleiterchips 200 abgewandten
Seiten der Konversionselemente 100 jeweils eine Gewichtskraft von zumindest 200 g. Beispielsweise weisen die
Konversionselemente an einer von dem Halbleiterchip 200 abgewandten Seite eine Fläche von maximal 2 mm^, bevorzugt maximal 1 mm^ auf.
Die Figur 7 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Stadium des Verfahrens zum Herstellen eines
lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines
Ausführungsbeispiels. Im Verfahrensschritt i) wird eine
Vergussmasse 500 zwischen die Deckfolie 400 und den Träger 300 eingebracht, wobei die Vergussmasse 500 die
Halbleiterchips 200 jeweils in lateralen Richtungen
vollständig umgibt. Darüber hinaus umgibt die Vergussmasse 500 auch die Konversionselemente 100 in lateralen Richtungen jeweils vollständig. Die lateralen Richtungen verlaufen beispielsweise parallel zur Haupterstreckungsebene des
Trägers 300.
Die Vergussmasse 500 wird mittels eines Spritzgussverfahrens zwischen den Träger 300 und die Deckfolie 400 eingebracht. Dabei wird die Vergussmasse 500 mit einem Druck zwischen 30 bar und 150 bar eingebracht. Während des Einbringens der Vergussmasse 500 wird die Deckfolie 400 auf die den
Halbleiterchips 200 abgewandte Seite der Konversionselemente 100 aufgedrückt, sodass die Vergussmasse 500 die Konversionselemente 100 nicht bedeckt. Insbesondere ist die dem Halbleiterchip 200 abgewandte Seite der
Konversionselemente 100 jeweils frei von der Vergussmasse 500.
In einem darauf folgenden Verfahrensschritt j) wird die
Deckfolie 400 entfernt und die Vergussmasse 500 und der
Träger 300 werden zu einzelne lichtemittierenden
Halbleiterbauteilen 1 durchtrennt. Der Träger 300 und die Vergussmasse 500 werden entlang der imaginären Trennlinie 90 durchtrennt, sodass jedes lichtemittierende Halbleiterbauteil 1 jeweils genau einen lichtemittierenden Halbleiterchip 200 umfasst. Alternativ können die einzelnen lichtemittierenden Halbleiterbauteile 1 jeweils mehrere Halbleiterchips 200 umfassen .
Die Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das lichtemittierende
Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Halbleiterchip 200 mit einer Abstrahlfläche 200a und einem Konversionselement 100. Das Konversionselement 100 ist mittels einer KlebstoffSchicht 700 stoffschlüssig an der Abstrahlfläche 200a befestigt. Die Konversionsschicht 120 des Konversionselements 100 ist an einer den Halbleiterchips 200 zugewandten Seite des
Konversionselements 100 angeordnet.
Der Halbleiterchip 200 und das Konversionselement 100 sind jeweils vollständig in lateraler Richtung von der
Vergussmasse 500 umgeben, wobei das Konversionselement 100 die Vergussmasse 500 in vertikaler Richtung V überragt.
Beispielsweise überragt das Konversionselement 100 die
Vergussmasse 500 um zumindest 10 ym bevorzugt um zumindest 20 ym. Der Halbleiterchip 200 wird mittels eines Bonddrahtes 600 elektrisch leitend kontaktiert, wobei der Bonddraht 600 vollständig in die Vergussmasse 500 eingebettet ist, und das Konversionselement 100 den Bonddraht 600 in vertikaler
Richtung V überragt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018119323.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 lichtemittierendes Halbleiterbauteil 90 Trennlinie
100 Konversionselement
100c Seitenfläche
110 Saphirsubstrat
110a erste Hauptfläche
111 Erhebung
120 Konversionsschicht
121 erste Subschicht
122 zweite Subschicht
123 dritte Subschicht
129 Leuchtstoff
200 Halbleiterchip
200a Abstrahlfläche
300 Träger
310 Kontaktstruktur
400 Deckfolie
410 Werkzeug
500 Vergussmasse
600 Bonddraht
700 KlebstoffSchicht
D Dicke der Konversionsschicht
T Dicke des Konversionselements
V vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Konversionselementen (100) mit den folgenden Verfahrensschritten:
a) Bereitstellen eines Saphirsubstrats (110);
b) Bilden einer Konversionsschicht (120) auf einer ersten Hauptfläche (110a) des Saphirsubstrats (110);
c) Vereinzeln des Saphirsubstrats (110) und der
Konversionsschicht (120) in eine Vielzahl von
Konversionselementen (100).
2. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei
in Verfahrensschritt b) zumindest drei Subschichten (121, 122, 123) mittels Sprühen aufeinander aufgebracht werden .
3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt c) das Saphirsubstrat (110) und die Konversionsschicht (120) mittels unterschiedlicher
Trennverfahren vereinzelt werden.
4. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei in
Verfahrensschritt c) das Saphirsubstrat (110) mittels Laserschneiden durchtrennt wird und die
Konversionsschicht (120) mittels Sägen durchtrennt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt b) die Konversionsschicht (120) mit einer Dicke (D) von maximal 30 ym aufgebracht wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Hauptfläche (110a) des Saphirsubstrats (110) Erhebungen (111) aufweist, die entlang der ersten Hauptfläche (110a) periodisch angeordnet sind.
7. Konversionselement (100) mit einem Saphirsubstrat (110) und einer Konversionsschicht (120), welche auf einer ersten Hauptfläche (110a) des Saphirsubstrats (110) angeordnet ist, bei dem
die Konversionsschicht (120) eine maximale Dicke von 30 ym aufweist.
8. Konversionselement (100) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem das Konversionselement (100) eine Dicke (T) von zumindest 120 ym aufweist.
9. Konversionselement (100) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem
das Konversionselement (100) Seitenflächen (100c) aufweist, wobei
die Seitenflächen (100c) Spuren eines
Vereinzelungsprozesses aufweisen .
10. Konversionselement (100) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem
die Konversionsschicht zumindest einen der Leuchtstoffe aus einer der folgenden Gruppen umfasst:
Gruppe 1: Granate: Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dotiert mit Cerium (CE) , Gallium (Ga) oder Gadolinium (GD) , Lutetium-Aluminium Granat (LuAG) ;
Gruppe 2 : Nitride dotiert mit Europium (EU) oder
Oxinitride dotiert mit EU;
Gruppe 3: CaAlSiN3:Eu (CASN dotiert mit EU) oder
( Sr, Ca) AlSiN3 : Eu (SCASN dotiert mit EU).
11. Konversionselement (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Konzentration des Leuchtstoffs (129) in der Konversionsschicht (120) zwischen
einschließlich 50% und einschließlich 60% liegt.
12. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden
Halbleiterbauteils (1) mit den folgenden
Verfahrensschritten :
d) Bereitstellen von Halbleiterchips (200), wobei die Halbleiterchips (200) jeweils eine Abstrahlfläche (200a) aufweisen und auf einem gemeinsamen Träger (300)
angeordnet sind;
e) Bereitstellen von Konversionselementen (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche;
f) Anordnen je eines der Konversionselemente (100) auf den Abstrahlflächen (200a) , wobei die Konversionsschicht (120) dem zugeordneten Halbleiterchip (200) zugewandt ist ;
g) Bereitstellen einer Deckfolie (400), welche den
Träger (300) und die Konversionselemente (100)
überdeckt ;
h) Aufdrücken der Deckfolie (400) auf die den
Halbleiterchips (200) abgewandte Seite der
Konversionselemente (100);
i) Einbringen einer Vergussmasse (500) zwischen die Deckfolie (400) und den Träger (300), wobei die
Vergussmasse (500) die Halbleiterchips (200) jeweils lateral vollständig umgibt;
j) Entfernen der Deckfolie (400) und Durchtrennen der Vergussmasse (500) und des Trägers (300) zu einzelnen lichtemittierenden Halbleiterbauteilen (1).
13. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei im
Verfahrensschritt h) die Deckfolie (400) mit einem
Gewicht von jeweils zumindest 200 Gramm auf die
Konversionselemente (100) aufgedrückt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei im Verfahrensschritt i) die Vergussmasse (500) mit einem Druck von zumindest 30 Bar eingebracht wird.
15. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) umfassend einen Halbleiterchip (200) mit einer Abstrahlfläche (200a) und einem Konversionselement (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem
- das Konversionselement (100) Stoffschlüssig an der Abstrahlfläche (200a) befestigt ist,
- die Konversionsschicht (120) an einer dem
Halbleiterchip (200) zugewandten Seite des
Konversionselements (100) angeordnet ist,
- der Halbleiterchip (200) und das Konversionselement (100) lateral von einer Vergussmasse (500) umgeben sind, wobei das Konversionselement (100) die Vergussmasse (500) in vertikaler Richtung (V) überragt.
16. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß dem
vorherigen Anspruch, bei dem
das Konversionselement (100) die Vergussmasse (500) um zumindest 10 ym überragt.
17. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Halbleiterchip (200) mittels eines Bonddrahtes (600) elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei
der Bonddraht (600) vollständig in die Vergussmasse (500) eingebettet ist, und
das Konversionselement (100) den Bonddraht (600) in vertikaler Richtung (V) überragt.
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