WO2020058083A2 - Herstellungsverfahren für ein bauelement - Google Patents

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WO2020058083A2
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Definitions

  • a production method for an optoelectronic component is specified.
  • This task is accomplished by, among other things
  • the component comprises an optoelectronic semiconductor component and a base, also referred to as an interposer, which is designed as a lead frame.
  • a base also referred to as an interposer, which is designed as a lead frame.
  • the base is designed in such a way that the base can be machined by punching. So you can
  • the component comprises an optoelectronic semiconductor component.
  • the Semiconductor component is used to generate radiation or
  • the optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode, a photodetector or else one
  • the semiconductor component on a mounting side.
  • the semiconductor component can be surface-mounted, so that a
  • the mounting side is preferably opposite a light entry side or a light exit side of the semiconductor component.
  • Contact surfaces are preferably an integral part of the semiconductor component.
  • the contact surfaces are, for example, for assembly by means of soldering or by means of electrical
  • the component comprises a base, also referred to as an interposer.
  • the base is a leadframe.
  • the base is thus a metallic base, via which a thickness of the component can be set.
  • the base has two or more than two metallic intermediate pieces.
  • the intermediate pieces are preferably not electrically connected to one another within the base. That is, the spacers can be designed as separate, not directly connected metallic components.
  • each is a member of a same in at least one embodiment.
  • connection means the base is fastened to the semiconductor component.
  • a connection means is, for example, a solder or an electrically conductive adhesive.
  • a thickness of the connecting means and thus a distance between the intermediate pieces and the associated contact surfaces is, for example, at most 10 ⁇ m or 5 ⁇ m or 2 ⁇ m.
  • connection surfaces for external electrical contacting of the semiconductor device.
  • the connection surfaces are preferably set up for solder mounting or for electrically conductive gluing.
  • connection surfaces of the component are on the undersides of the Intermediate pieces are.
  • the component is thus preferably also surface-mountable like the semiconductor component.
  • a quotient of a thickness of the intermediate pieces and a distance between the intermediate pieces in the direction parallel to the mounting side is at least 2 or 2.5 or 3 or 4.
  • this quotient is at most 30 or 20 or 10.
  • a distance between the intermediate pieces is significantly smaller than a thickness of
  • the spacers preferably all have the same thickness, within the scope of
  • the component comprises an optoelectronic semiconductor component which is attached to a
  • Mounting side has at least two electrical contact surfaces.
  • a base of the component is a lead frame.
  • the base has at least two metallic intermediate pieces. Each of the intermediate pieces is directly on one of the
  • Electrical connection surfaces for external electrical contacting of the semiconductor component are formed by undersides of the intermediate pieces facing away from the semiconductor component.
  • a quotient of a thickness of the intermediate pieces and a distance between the intermediate pieces in the direction parallel to the mounting side is particularly preferably between 3 and 20 inclusive.
  • interposers have different component heights Compensate for height difference. This can be done using so-called interposers. By varying the thickness of the interposer, this also has the advantage of being the same
  • solderability high thermal conductivity, low
  • Such interposers are formed by printed circuit boards, or PCB for short, and are usually formed in
  • PCB interposers have a comparatively low thermal conductivity.
  • the base is used as an interposer.
  • the base is designed as a lead frame, in particular as a copper lead frame, especially made of a solid material.
  • Copper lead frames or lead frames in general can be made with very small thickness tolerances
  • lead frames in particular made of copper, have a high
  • lead frames can be produced inexpensively from copper, in particular since stamped and metallized lead frames can be used. Because copper has a very high thermal conductivity of around 400 W / mK has, is with the bases described here
  • a sheet such as a rolled copper sheet, can be used for the base. By milling it is too
  • the intermediate pieces can have cross sections that differ from a rectangular cross section when viewed in cross section perpendicular to the assembly side.
  • the base can be used for a variety of applications and the total thickness of the component can be varied over a wide range without having to adapt the component.
  • the base is formed by a composite lead frame.
  • the composite leadframe each has comparatively thin sheets as the cover plate and as the base plate, which are preferably made of copper and which can be produced with small thickness tolerances. A distance between the cover plate and the base plate is increased by spacers between them, which have small diameter tolerances. This allows the base to be realized with low overall thickness tolerances.
  • side surfaces of the intermediate pieces are partially, predominantly or completely exposed. Usually here and below means a share of at least 50% or 65% or 80% or 90%.
  • the side surfaces can be oriented perpendicularly or approximately perpendicularly to the mounting side. Approximately means an angular tolerance of at most 15 ° or 10 ° or 5 °.
  • the intermediate pieces are L-shaped and / or T-shaped in cross section perpendicular to the mounting side. This means that the intermediate pieces then preferably each have a first leg directly on the mounting side, from which a second leg extends in the direction away from the mounting side. The first leg and the second leg can be oriented perpendicular to one another. The corresponding L or the corresponding T is formed by these legs.
  • the distance between the intermediate pieces is at least 0.1 mm or
  • this distance is included at most 1 mm or 0.7 mm or 0.5 mm.
  • the intermediate pieces are arranged comparatively close to one another.
  • the intermediate pieces are perpendicular to one or more cross sections
  • a quotient of the thickness of the intermediate pieces and a distance between the legs of the L's or the T's extending from the mounting side is at least 0.4 or 0.5 or 0.7. Alternatively or additionally, this quotient is at most 4 or 3 or 2 or 1.5. In other words, the distance between the legs is approximately as large as the thickness of the
  • This distance is preferably determined in the direction parallel to the mounting side.
  • Intermediate pieces each have a base plate and a cover plate.
  • the base plate is preferably located on a side of the relevant intermediate piece facing away from the semiconductor component.
  • the connection surfaces can be formed by the base plates of the base. In particular, there is a one-to-one assignment between the base plates and the connection areas.
  • Spacers are copper bodies, in particular copper balls.
  • the spacers can comprise an outer coating, in particular a solder.
  • this comprises
  • optoelectronic semiconductor component one or more optoelectronic semiconductor chips.
  • Semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is used to generate
  • electromagnetic radiation such as near-ultraviolet radiation, visible light or near-infrared radiation.
  • at least one semiconductor chip is present, which is used for the detection of radiation such as visible light or
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or like Al n Ga m In ] __ nm As P ] _-k, where 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1 is.
  • the semiconductor chip is a blue light-emitting LED chip based on
  • the semiconductor chip can also be based on another semiconductor material such as silicon or germanium.
  • the method comprises the following steps, in particular the one specified
  • the metal sheet is in particular a sheet metal or a metal foil, for example a step belt.
  • the metal sheet is preferably made of copper or one
  • the milling is in the
  • Step B) a profile milling. This means that at least some of each of the intermediate pieces can be cut into at least one
  • depressions are generated. It is possible that only the recesses are created during milling, so that no or no significant ones The thickness of the metal sheet changes. Alternatively, both the recesses can be shaped and the thickness of the can be adjusted or corrected during milling
  • the metal sheet has a thickness variation of one after step B)
  • the thickness fluctuation is at most 50 ym or 30 ym or 20 ym.
  • the same tolerances with regard to the thickness preferably also apply to the lead frame blank and / or for the
  • Lead frame networks That is, the metal sheet that
  • the lead frame blank and / or the lead frame assemblies are manufactured with a small thickness tolerance. This enables high thickness precision over one or more batches of the components produced, especially due to the use of rolled metal sheets for the base.
  • a step D) takes place between steps C) and F).
  • the lead frame blank is made with one or more
  • Such metallizations are, for example, by successive layers of
  • Nickel, palladium and / or gold are formed.
  • Metallizations preferably have a total thickness of at most 10 ⁇ m or 5 ⁇ m.
  • the at least one metallization is all around and over the entire surface of the
  • Lead frame blank or attached to the metal sheet or on a lead frame assembly This means that for the application of the at least one metallization, there is no masking or an application of the metallization only in places. Alternatively, the metallization can only be generated locally, so that a surface of the lead frame blank, the
  • Metal sheet and / or the lead frame assembly remains free of the metallization in places.
  • a step E) takes place between steps D) and F) or between steps C) and F).
  • the lead frame blank is divided into lead frame assemblies.
  • the leadframe assemblies have comparatively small geometric dimensions.
  • the width of the lead frame blank is between and including 30 mm and 300 mm and / or the length of the lead frame assemblies is, for example, at least 60 mm and / or at most 600 mm.
  • Lead frame blanks for the lead frame assemblies are made, for example, by punching, sawing or laser cutting.
  • steps B), C) and / or D) are carried out in a roll-to-roll process.
  • a roll-to-roll process is also known as reel-to-reel.
  • the thickness of the metal sheet and / or the lead frame blank and / or the lead frame assemblies is at least 0.3 mm or 0.6 mm or 1 mm. Alternatively or additionally, this thickness is at most 5 mm or 3 mm or 2 mm. In other words, the metal sheet and thus the base with the intermediate pieces is comparatively thick.
  • this is done
  • step C) Structuring in step C) by punching.
  • the punching is made possible in particular by milling the depressions in the intermediate pieces in the area of a Partition between the adjacent intermediate pieces of a component are generated.
  • the structuring in step C) can also be carried out by laser cutting, by etching or by means of a further machining step such as sawing or milling.
  • the method comprises the following steps, in particular the one specified
  • one or more shaped bodies are formed, for example, from a plastic.
  • the cover plates and the associated base plates of a base become mechanical due to the at least one molded body
  • the at least one shaped body is a component of the finished base.
  • the molded article can only be used temporarily during the
  • Manufacturing process be present, so that there is no longer any molded body in the base in the finished components.
  • the thickness tolerances mentioned above for the metal sheet preferably also apply to the cover plates
  • the contact surfaces become congruent or approximately
  • Top view of the mounting side seen to be the same size or approximately the same size.
  • approximately the same size means that the surface areas of the contact surfaces differ from the surface areas of the associated intermediate pieces in
  • connection areas and the contact areas may have different sizes.
  • connection areas and thus the intermediate pieces can laterally project beyond the contact areas.
  • the intermediate pieces can also protrude laterally from the semiconductor component.
  • the components are applied to an external carrier after step G) in a step H).
  • This application is preferably carried out by means of surface mounting and thus by means of soldering.
  • an electrically conductive adhesive can be used.
  • the external institution is
  • a rigid circuit board for example, a rigid circuit board or a flexible circuit board.
  • At least one further one in addition to the at least one component, at least one further one
  • the other semiconductor component is
  • the further semiconductor component for example a memory chip or one integrated circuit, IC for short.
  • the further semiconductor component it is possible for the further semiconductor component to be an optoelectronic semiconductor component.
  • a CCD chip for example, a CCD chip or a color sensor.
  • the component is just as thick as the other due to the base
  • Semiconductor component flush for example, with a housing of a device such as a mobile phone. It is also possible to the semiconductor device and the
  • the milling in step B) takes place only from one side of the metal sheet.
  • step B) Furthermore, it is also possible that in step B)
  • the metal sheet is cut to a desired width and optionally also to a certain length.
  • milling traces are still visible on the intermediate pieces after step G).
  • Milling marks can be partially or completely covered by a metallization. However, since the metallization preferably has only a small thickness, the milling traces can be overmolded by the metallization. In this In case it is possible, the milling marks are still in the
  • Detect metallization Alternatively, evidence of the milling traces is possible by removing the at least one metallization, for example by etching.
  • the spacers are partially or completely coated with the solder all around and over the entire surface.
  • the plates are held together only via the solder. That is, additional
  • Plates can be omitted.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a schematic sectional view of another
  • Figure 3 is a schematic sectional view of another embodiment of one described here
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a base for components described here
  • Figure 5 is a schematic bottom view of a base for
  • Figure 6 is a schematic bottom view of a
  • Figure 7 is a schematic sectional view of a
  • Figure 8 is a schematic sectional view of a
  • Figure 9 is a schematic sectional view of one here
  • Figure 10 is a schematic perspective view of a
  • Figure 11 is a schematic sectional view of a
  • Figures 12 and 13 are schematic top views of
  • Figures 14 and 15 are schematic sectional views of
  • Figure 16 is a block diagram of manufacturing processes for
  • Figure 17 is a schematic sectional view of another
  • Figures 18 to 20 are schematic sectional views of
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • the component 1 comprises an optoelectronic semiconductor component 2 and a base 3.
  • the semiconductor component 2 is, for example, a light-emitting diode or a photodetector.
  • Semiconductor component 2 is preferably a semiconductor chip, not shown in FIG. 1.
  • the semiconductor chip is surrounded in particular by a housing.
  • the semiconductor component 2 comprises a first electrical contact area 21 and a second electrical contact area 22
  • Contact surfaces 21, 22 lie in a mounting side 20 of the semiconductor component 2.
  • the mounting side 20 lies one
  • Light exit side 29 and / or a light entry side across from Between the contact surfaces 21, 22 there is a preferably narrow parting line in the direction parallel to the mounting side 20.
  • the base 3 is formed by a first intermediate piece 31 and by a second intermediate piece 32.
  • the intermediate pieces 31, 32 have the same thickness. Furthermore, the
  • Intermediate pieces 31, 32 are preferably attached directly to the contact surfaces 21, 22 by means of soldering. Then there is only one solder between the contact surfaces 21, 22 and the intermediate pieces 31, 32.
  • the intermediate pieces 31, 32 are each L-shaped.
  • the intermediate pieces 31, 32 thus have one
  • the recess 6 does not reach the contact surfaces 21, 22.
  • the intermediate pieces 31, 32 are designed asymmetrically to one another.
  • the second intermediate piece 32 on the larger contact surface 22 has a greater extent in the direction parallel to the mounting side 20.
  • the areas of the intermediate pieces 31, 32 which are not affected by the depression 6 can be of the same width, as illustrated in FIG. 1, or differently from this
  • the intermediate pieces 31, 32 each form connection surfaces 41, 42 on the undersides of the components facing away from the semiconductor component 2.
  • the component 1 can be electrically contacted externally via the connection surfaces 41, 42, preferably by means of soldering.
  • the intermediate pieces 31, 32 are not embedded in a plastic body or potting body. It is possible that a solder or an electrically conductive adhesive with which the base 3 is fastened to the semiconductor component 2 extends to a small extent on the side surfaces 33.
  • Tolerances can be set to a certain total thickness without the semiconductor component 2 having to be adapted.
  • the component 1 can thus be used in a wide variety of applications.
  • the base 3 forms an interposer, with which the component 1 is, for example, flexible
  • PCB can be soldered.
  • a thickness tolerance is low. This is achieved in that the base 3 is formed by a lead frame, for example made of copper or a copper alloy. In order to be able to process the base 3 efficiently by means of punching, the recess 6 is provided in the intermediate pieces 31, 32. Otherwise, a combination of a narrow parting line between the intermediate pieces 31, 32 along the mounting side 20 and a relatively large thickness of the base 3 is not
  • FIG. 1 also illustrates that the intermediate pieces 31, 32 can project beyond the semiconductor component 2 along the mounting side 20. A protrusion of the base 3 over that
  • Semiconductor component 2 is, for example, at least
  • FIG. 2 illustrates that the intermediate pieces 31, 32 are fired flush with the contact surfaces 21, 22 in the direction parallel to the mounting side 20. A corresponding arrangement can also be present in FIG. 1.
  • the intermediate pieces 31, 32 can be T-shaped.
  • the intermediate pieces 31, 32 thus each have a depression 6 on either side of an area of maximum thickness.
  • the intermediate pieces 31, 32 can thus have a reduced thickness on the side edges of the semiconductor component 2. The same can be done in all others
  • the milling marks 8 are only drawn on the first intermediate piece 31 in FIG. 2, but are preferably found on all of them
  • milling marks 8 could also be present in all other exemplary embodiments of the component 1.
  • the semiconductor component 2 has more than two contact areas. Accordingly, there are more than two
  • the base 3 has a thickness T.
  • the thickness T is, for example, 1.635 mm.
  • a distance W between the intermediate pieces 31, 32, that is to say a width of the parting line, is comparatively small and is only 0.35 mm.
  • a quotient of the thickness T and the distance W is therefore approximately 5.
  • the depressions 6 are formed in the intermediate pieces 31, 32.
  • a depth t of the depressions 6 is preferably included
  • Legs of the intermediate pieces 31, 32 is preferably approximately at the thickness T of the base 3.
  • the distance D is by at least a factor of 1.1 or 1.2 and / or by
  • Exemplary embodiments apply.
  • the respective dimensions, individually or in combination, can be present with a tolerance of at most a factor of 3 or 2 or 1.5.
  • FIG. 5 shows a bottom view of the base 3.
  • the depressions 6 preferably extend continuously and in a straight line in the direction parallel to the outer edges of the
  • one or more connecting webs 34 each extend from the intermediate pieces 31, 32.
  • Connecting webs 34 are preferably narrower than that
  • Such connecting webs 34 are used in particular to hold the intermediate pieces 31, 32 in a lead frame assembly. Accordingly, such connecting webs 34 can also be present in all exemplary embodiments.
  • FIG. 6 illustrates a bottom view of an optoelectronic semiconductor component 2.
  • the contact surfaces 21, 22 are preferably surrounded all around by a material of a housing 25.
  • the housing 25 is made of, for example
  • FIG. 6 The dimensions shown by way of example in FIG. 6 can also be used individually or in combination, preferably with a
  • the semiconductor components 2 each comprise a semiconductor chip 23, and also a plurality of semiconductor chips can be present.
  • the semiconductor chips 23 are, for example, light-emitting diode chips. It is possible for the semiconductor chips 23 to be attached to the contact areas 21, 22 via bond wires 27.
  • the contact areas 21, 22 are preferably part of a lead frame 26 of the semiconductor component 2.
  • a phosphor body 28 can optionally be arranged downstream of the semiconductor chip 23, see FIG. 8.
  • the phosphor body 28 can be used, for example, to produce white light from blue light.
  • the semiconductor components 2 each have a housing 25.
  • the housing 25 is, for example, a white one
  • the semiconductor chip 23 is located in a recess in the housing 25.
  • the recess 25 can be partially or completely filled with an encapsulation 24, wherein the encapsulation 24 can contain a phosphor.
  • the housing 25 according to FIG. 8 is molded directly onto the semiconductor chip 23 and onto the optional phosphor body 28.
  • the contact surfaces 21, 22 are flush with the housing 25 in the direction away from the semiconductor chip 23.
  • the semiconductor component 2 can be designed as a QFN component. It is optionally possible, see FIG. 8, that the
  • FIG. 9 illustrates that the component 1 is mounted on an external carrier 7.
  • a further semiconductor component 71 is also attached to the carrier 7.
  • the carrier 7 is, for example, a flexible one Printed circuit board, also called Flex-PCB, or around a rigid board in a mobile device such as a cell phone.
  • the component 2 is, for example, a flash light.
  • the component 1 and the further semiconductor component 71 have the same overall height above the external carrier 7 with high precision.
  • FIGS. 10 to 14 A production method for the components 1 is illustrated in FIGS. 10 to 14. According to FIG. 10, a metal sheet 51 is milled into a lead frame blank 52 in a roll-to-roll process
  • Milling tool 9 used.
  • the recesses 6 are created with the milling tool 9, not shown in FIG. 10.
  • FIG. 11 illustrates that the intermediate pieces 31, 32 are preferably also produced in a roll-to-roll process by means of stamping. The remain
  • At least one metallization 4 can be applied.
  • the metallization 4 can completely cover the intermediate pieces 31, 32.
  • Pads 41, 42 and the pads 41, 42 facing away from the intermediate pieces 31, 32 made solderable become. This is achieved, for example, in that the metallization 4 comprises a relatively thick gold partial layer as the outermost partial layer.
  • the lead frame blank 32 becomes a
  • Lead frame assembly 53 generated. In the lead frame assembly 53, the individual intermediate pieces 31, 32 are over the lead frame assembly 53.
  • the connecting webs 34 in the direction perpendicular to strips 35 on the edge of the lead frame assembly 53 preferably have the same thickness as the intermediate pieces 31, 32 in the region of the depressions 6, like the connecting webs 34 running parallel to the strips 35 and / or like the strips 35 themselves It is possible for those that run perpendicular to the strips 35 and thus perpendicular to the recesses 6
  • the structuring by means of punching is particularly preferably carried out only after all areas of the lead frame blank 52 have been brought to the desired thickness.
  • FIG. 13 shows a further design option for the lead frame assembly 53. Milling is only in
  • Milling traces therefore preferably run parallel to the strips 35. Areas whose thickness has not changed due to the milling or in which only a thickness has been corrected are shown hatched in FIG.
  • a division between adjacent bases 3 in the direction parallel to the strips 35 takes place along dividing lines 36.
  • the dividing lines 36 thus run perpendicular to the
  • This division along the dividing lines 36 is carried out for example by sawing or etching.
  • Lead frame composite 53, the semiconductor components 2 are applied to the respective bases 3.
  • the semiconductor components 2 are applied to the respective bases 3.
  • Connecting webs 34 are preferably still intact.
  • the manufacturing process is schematically illustrated as a block diagram.
  • process step S1 the metal sheet 51 milled profile.
  • the metal sheet 51 is preferably a step band made of copper.
  • the method step S2 generates the
  • the lead frame blank 52 is cut to form the lead frame assemblies 53. This can be achieved by a reel-to-strip method.
  • step S5 the intermediate pieces with the
  • Semiconductor components 2 equipped and downstream are optionally tested for components 1 and separated into the finished, optionally tested components 1.
  • the base 3 is formed by a composite lead frame 37, 38, 39.
  • Each of the intermediate pieces 31, 32 thus comprises a cover plate 37, a base plate 38 and preferably a plurality of spacers 39.
  • Spacers 39 are in particular each made of copper or a copper alloy. A connection between the
  • Cover plates 37, base plates 38 and spacers 39 within the intermediate pieces 31, 32 are realized, for example, by means of soldering.
  • the cover plates 37 and the base plates 38 can in particular be produced precisely from rolled metal sheets and thus with regard to their thickness.
  • the cover plates 37 and the base plates 38 are comparatively thin, so that the
  • Cover plates 37 and the base plates 38 can be processed by means of etching and / or punching.
  • the thickness of the cover plates 37 and the base plates 38 is at least 0.1 mm or 0.2 mm and / or at most 0.6 mm or 0.4 mm.
  • Thickness tolerances of the cover plates 37 and the base plates 38 are, for example, at most 10 ⁇ m or 20 ⁇ m.
  • the spacers 39 are introduced.
  • the in particular spherical spacers 39 can be
  • the spacers 39 can be a larger one
  • the spacers 39 can also be cylindrical or cuboid.
  • the spacers 39 are also only provided with small diameter tolerances, for example with a diameter tolerance of at most 20 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • the total thickness T of the base 3 is exactly adjustable, as in the previous exemplary embodiments.
  • FIG. 3 Another possible design of the base 3 is illustrated in FIG. The cover plates 37 and the
  • Base plates 38 are half-etched and connected to one another with at least one molded body 73, for example made of a plastic.
  • Bottom plates 38 are etched in a first etching step such that the areas for the shaped bodies 73 arise. Then the shaped bodies 73 are produced. Thereupon the complete etching takes place between the intermediate pieces 31, 32. The shaped bodies 73 are thus thinner than the cover plates 37 and than that
  • Base plates 38 The spacers 39 can subsequently be inserted and the cover plates 37 and the base plates 38 can be connected to one another.
  • Core-shell balls are preferably used as spacers 39.
  • Cores 74 are preferably copper balls.
  • the shells 72 are formed in particular by a solder coating.
  • Such spacers 39 can also be used in all others
  • Embodiments are used.
  • Edge areas 75 are located.
  • the edge regions 75 can be free of the spacers 39 or, in contrast to FIG. 18, comprise spacers 39.
  • the edge areas are 75
  • the shaped bodies 73 are just as thick as the cover plates 37 and the base plates 38.
  • the cover plates 37 and the base plates 38 are joined in a leadframe assembly by punching or etching
  • the molded bodies 73 are produced by means of spraying and / or pressing.
  • a mask layer 76 there may be a mask layer 76. Unlike shown, the mask layer 76 can both on the
  • mask layer 76 is a photoresist.
  • the Mask layer 76 can be removed after the spacers 39 have been attached or can still be present in the finished components 1.
  • FIG. 20 illustrates that the molded body 73 can fill an area between the cover plates 37 and the base plates 38.
  • a plurality of troughs 77 are in the cover plates 37 and / or in the
  • Base plates 38 shaped, for example in the form of
  • Ball segments or in the form of cylinder holes are used.
  • Base plates 38 adjustable with the spacers 39. This prevents short circuits between adjacent cover plates 37 and base plates 38 via the spacers 39.
  • the spacers 39 can have a high thermal conductivity in areas of high surface density
  • Areas of high surface density are present in the center in particular in the intermediate pieces 31, 32, especially over the larger intermediate piece 32. Towards an edge they can
  • Such troughs 77 or mask layers 76 can in the other embodiments of the base 3 as
  • Compound lead frames 37, 38, 39 may also be present.
  • cover plates 37 and the base plates 38 are used as cover plates 37 and as base plates 38.
  • cover plates 37 and the bottom plates 38 can be replaced by thin printed circuit boards, metal core boards or instead of by metal sheets
  • Ceramic circuit boards can be formed. Such components, if their total thickness is small, are also available with comparatively small thickness tolerances and can also be joined together using the spacers 39.
  • the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das herzustellende optoelektronische Bauelement (1) ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (2), das an einer Montageseite (20) elektrische Kontaktflächen (21, 22) aufweist. Ein Sockel (3) ist ein Leiterrahmen. Der Sockel (3) weist metallische Zwischenstücke (31, 32) auf. Jedes der Zwischenstücke (31, 32) ist direkt an einer der Kontaktflächen (21, 22) befestigt. Elektrische Anschlussflächen (41, 42) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (2) sind durch dem Halbleiterbauteil (2) abgewandte Unterseiten der Zwischenstücke (31, 32) gebildet. Ein Quotient aus einer Dicke (T) der Zwischenstücke (31, 32) und einem Abstand (W) zwischen den Zwischenstücken (31, 32) in Richtung parallel zur Montageseite (20) liegt zwischen 3 und 20. Das Verfahren beinhaltet: A) Bereitstellen eines Metallblatts (51), B) Fräsen des Metallblatts (51), C) Strukturieren des Metallblatts (51) zu einem Leiterrahmenrohling (52) mit den Zwischenstücken (31, 32), F) Aufbringen der Halbleiterbauteile (2) auf die Zwischenstücke (31, 32), und G) Vereinzeln zu den Bauelementen (1).

Description

Beschreibung
HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EIN BAUELEMENT
Es wird ein Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein
Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das mit geringen Designanpassungen in vielen
Anwendungen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein
Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem
Herstellungsverfahren ein optoelektronisches Bauelement, kurz Bauelement, hergestellt. Merkmale des Herstellungsverfahrens sind daher auch für das Bauelement offenbart und umgekehrt.
Insbesondere umfasst das Bauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und einen Sockel, auch als Interposer bezeichnet, der als Leiterrahmen gestaltet ist. Mittels
Fräsen ist der Sockel derart gestaltet, sodass der Sockel mittels Stanzen bearbeitbar ist. Somit können
optoelektronische Halbleiterbauteile ohne Designanpassung aufgrund des Sockels in unterschiedlichen Anwendungen
herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauteil. Das Halbleiterbauteil ist zur Strahlungserzeugung oder zur
Strahlungsdetektion eingerichtet. Zum Beispiel handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode, um einen Fotodetektor oder auch um eine
Laserdiode .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil eine Montageseite auf. Insbesondere ist das Halbleiterbauteil oberflächenmontierbar, sodass eine
elektrische als auch mechanische Montage des
Halbleiterbauteils an der Montageseite erfolgt. Bevorzugt liegt die Montageseite einer Lichteintrittsseite oder einer Lichtaustrittsseite des Halbleiterbauteils gegenüber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil an der Montageseite zwei oder mehr als zwei elektrische Kontaktflächen auf. Die elektrischen
Kontaktflächen sind bevorzugt ein integraler Bestandteil des Halbleiterbauteils. Die Kontaktflächen sind zum Beispiel zu einer Montage mittels Löten oder mittels elektrisch
leitfähigem Kleben eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen Sockel, auch als Interposer bezeichnet. Bei dem Sockel handelt es sich um einen Leiterrahmen, englisch leadframe. Somit ist der Sockel ein metallischer Sockel, über den eine Dicke des Bauelements einstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sockel zwei oder mehr als zwei metallische Zwischenstücke auf. Innerhalb des Sockels sind die Zwischenstücke bevorzugt elektrisch nicht miteinander verbunden. Das heißt, die Zwischenstücke können als separate, nicht unmittelbar miteinander verbundene metallische Komponenten ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedes der
Zwischenstücke direkt an einer der Kontaktflachen des
Halbleiterbauteils befestigt. Das heißt, zwischen den
Zwischenstücken und den Kontaktflachen kann eine
eineindeutige Zuordnung vorliegen.
Dass die Zwischenstücke direkt an den Kontaktflachen
befestigt sind, bedeutet insbesondere, dass sich zwischen den Zwischenstücken und den Kontaktflachen nur ein
Verbindungsmittel befindet. Über ein solches
Verbindungsmittel erfolgt eine Befestigung des Sockels an dem Halbleiterbauteil. Ein solches Verbindungsmittel ist zum Beispiel ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Kleber. Eine Dicke des Verbindungsmittels und damit ein Abstand zwischen den Zwischenstücken und den zugehörigen Kontaktflächen liegt beispielsweise bei höchstens 10 ym oder 5 ym oder 2 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Zwischenstücke elektrische Anschlussflächen zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils auf. Die Anschlussflächen sind bevorzugt für eine Lötmontage oder für ein elektrisch leitfähiges Kleben eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die
Anschlussflächen an dem Halbleiterbauteil abgewandten
Unterseiten der Zwischenstücke. Insbesondere sind die
Unterseiten der Zwischenstücke jeweils ganzflächig als
Anschlussfläche gestaltet. Es ist möglich, dass sich alle Anschlussflächen des Bauelements an den Unterseiten der Zwischenstücke befinden. Somit ist das Bauelement bevorzugt ebenso oberflächenmontierbar wie das Halbleiterbauteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Quotient aus einer Dicke der Zwischenstücke und einem Abstand zwischen den Zwischenstücken in Richtung parallel zur Montageseite mindestens 2 oder 2,5 oder 3 oder 4. Alternativ oder
zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 30 oder 20 oder 10. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen den Zwischenstücken deutlich kleiner als eine Dicke der
Zwischenstücke. Dabei weisen die Zwischenstücke bevorzugt allesamt die gleiche Dicke auf, im Rahmen der
Herstellungstoieranzen .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das an einer
Montageseite mindestens zwei elektrische Kontaktflächen aufweist. Ein Sockel des Bauelements ist ein Leiterrahmen.
Der Sockel weist mindestens zwei metallische Zwischenstücke auf. Jedes der Zwischenstücke ist direkt an einer der
Kontaktflächen befestigt. Elektrische Anschlussflächen zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils sind durch dem Halbleiterbauteil abgewandte Unterseiten der Zwischenstücke gebildet. Ein Quotient aus einer Dicke der Zwischenstücke und einem Abstand zwischen den Zwischenstücken in Richtung parallel zur Montageseite liegt besonders bevorzugt zwischen einschließlich 3 und 20.
Oft werden mehrere unterschiedliche elektronische Komponenten in Geräten wie Mobiltelefone auf eine gemeinsame starre oder flexible Leiterplatte angebracht, beispielsweise gelötet. Da diese elektronischen Komponenten im Allgemeinen
unterschiedliche Bauteilhöhen aufweisen, ist dieser Höhenunterschied auszugleichen. Dies kann über sogenannte Interposer geschehen. Durch eine Variation der Dicke des Interposers birgt dies auch den Vorteil, gleiche
elektronische Komponenten in unterschiedlichen Modellen oder Geräten einsetzen zu können.
An den Interposer werden insbesondere folgende Anforderungen gestellt: Lötbarkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe
Dickentoleranzen. Standardmäßig sind solche Interposer durch gedruckte Leiterplatten, englisch printed Circuit board oder kurz PCB, gebildet und werden üblicherweise in
Zweilagentechnologie oder in Mehrlagentechnologie
hergestellt. Jedoch weisen solche Interposer, die in PCB- Technologie hergestellt sind, vergleichsweise große
Dickentoleranzen auf, sodass die nötigen Anforderungen an die Genauigkeit bei der Anwendung von PCBs als Interposer oft nicht erfüllbar sind. Außerdem weisen PCB-Interposer eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
Bei dem hier beschriebenen Bauelement wird als Interposer der Sockel verwendet.
In einer Ausführungsform ist der Sockel als Leiterrahmen gestaltet, insbesondere als Kupferleiterrahmen, speziell aus einem Vollmaterial. Kupferleiterrahmen oder Leiterrahmen allgemein können mit sehr geringen Dickentoleranzen
hergestellt werden, wodurch eine hohe Genauigkeit einer
Gesamtdicke des Bauelements erreichbar ist. Ferner weisen Leiterrahmen, insbesondere aus Kupfer, eine hohe
Wärmeleitfähigkeit auf. Zudem sind Leiterrahmen etwa aus Kupfer kostengünstig herzustellen, insbesondere da gestanzte und metallisierte Leiterrahmen verwendbar sind. Da Kupfer eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 400 W/m-K aufweist, ist mit den hier beschriebenen Sockeln eine
effiziente Entwärmung der Halbleiterbauteile möglich.
Zum Beispiel sind geringe Dickentoleranzen durch die
Verwendung eines Blechs, wie ein gewalztes Kupferblech, für den Sockel realisierbar. Durch das Fräsen ist es auch
möglich, dass die Zwischenstücke im Querschnitt senkrecht zur Montageseite gesehen von einem rechteckigen Querschnitt abweichende Querschnitte aufweisen können. Insbesondere können die Zwischenstücke an einer Fuge zwischen den
Zwischenstücken eine Vertiefung aufweisen.
Über eine solche Vertiefung ist es möglich, den Leiterrahmen und damit die Zwischenstücke über kosteneffizientes Stanzen geometrisch zu formen. Somit können Geometrien erreicht werden, die einen geringen Abstand zwischen den
Zwischenstücken innerhalb des Bauelements aufzeigen, wobei die Zwischenstücke eine vergleichsweise große Dicke aufweisen können. Über den großen möglichen Dickenbereich der
Zwischenstücke kann der Sockel für vielfältige Anwendungen herangezogen werden und die Gesamtdicke des Bauelements kann über einen weiten Bereich hinweg variiert werden, ohne das Bauelement anpassen zu müssen.
In einer anderen Ausführungsform ist der Sockel durch einen zusammengesetzten Leiterrahmen gebildet. Der zusammengesetzte Leiterrahmen weist als Deckplatte und als Bodenplatte jeweils vergleichsweise dünne Bleche auf, die bevorzugt aus Kupfer sind und die mit geringen Dickentoleranzen herstellbar sind. Ein Abstand zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte wird über dazwischenliegende Abstandshalter vergrößert, die geringe Durchmessertoleranzen aufweisen. Damit lässt sich mit geringen Gesamtdickentoleranzen der Sockel realisieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen Seitenflächen der Zwischenstücke teilweise, überwiegend oder vollständig frei. Überwiegend bedeutet hier und im Folgenden einen Anteil von mindestens 50 % oder 65 % oder 80 % oder 90 %.
Insbesondere sind die Seitenflächen gänzlich frei von
organischen Materialien wie Kunststoffen, insbesondere frei von Silikonen und Epoxiden. Es ist möglich, dass die
Seitenflächen zu einem geringen Anteil von einem
Verbindungsmittel der Zwischenstücke hin zu den
Kontaktflächen bedeckt sind. Beispielsweise können die
Seitenflächen zu einem geringen Anteil von einem Lot bedeckt sein, mit dem der Socke an das Halbleiterbauteil angebracht ist .
Die Seitenflächen können senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Montageseite orientiert sein. Näherungsweise bedeutet eine Winkeltoleranz von höchstens 15° oder 10° oder 5° .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zwischenstücke im Querschnitt senkrecht zur Montageseite gesehen L-förmig und/oder T-förmig gestaltet. Das heißt, die Zwischenstücke weisen dann bevorzugt direkt an der Montageseite jeweils einen ersten Schenkel auf, von dem sich in Richtung weg von der Montageseite ein zweiter Schenkel erstreckt. Der erste Schenkel und der zweite Schenkel können senkrecht zueinander orientiert sein. Durch diese Schenkel ist das entsprechende L oder das entsprechende T gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den Zwischenstücken bei mindestens 0,1 mm oder
0,2 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens 1 mm oder 0,7 mm oder 0,5 mm. Mit anderen Worten sind die Zwischenstücke vergleichsweise nahe beieinander angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zwischenstücke in einem oder in mehreren Querschnitten senkrecht zur
Montageseite und durch beide Zwischenstücke hindurch gesehen L-förmig gestaltet. Das heißt, die Zwischenstücke können im Querschnitt gesehen zumindest einen Bereich einer
Seitenfläche aufweisen, der sich in einer gerade Linie von der Montageseite bis hin zu den Anschlussflächen erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Dicke der Zwischenstücke und einem Abstand zwischen den sich von der Montageseite wegerstreckenden Schenkeln der L's oder der T's bei mindestens 0,4 oder 0,5 oder 0,7. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 4 oder 3 oder 2 oder 1,5. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen den Schenkeln ungefähr so groß wie die Dicke der
Zwischenstücke. Dieser Abstand wird bevorzugt in Richtung parallel zur Montageseite bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die
Zwischenstücke je eine Bodenplatte und eine Deckplatte. Die Bodenplatte liegt bevorzugt an einer dem Halbeiterbauteil abgewandten Seite des betreffenden Zwischenstücks. Durch die Bodenplatten des Sockels können die Anschlussflächen gebildet sein. Insbesondere besteht eine Eins-zu-Eins-Zuordnung zwischen den Bodenplatten und den Anschlussflächen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich in
Richtung senkrecht zur Montageseite zwischen den Bodenplatten und den Deckplatten jeweils einer oder mehrere Abstandshalter. Mittels des mindestens einen Abstandshalters ist ein Abstand zwischen der zugeordneten Bodenplatte und der zugehörigen Deckplatte präzise einstellbar. Zum Beispiel handelt es sich bei den Abstandshaltern um Kupferkörper, insbesondere um Kupferkugeln. Die Abstandshalter können eine äußere Beschichtung umfassen, insbesondere ein Lot.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Der mindestens eine
Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Erzeugung von
elektromagnetische Strahlung wie nahultraviolette Strahlung, sichtbares Licht oder nahinfrarote Strahlung eingerichtet. Alternativ ist zumindest ein Halbleiterchip vorhanden, der zur Detektion von Strahlung wie sichtbares Licht oder
nahinfrarote Strahlung eingerichtet ist.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen blaues Licht emittierenden LED-Chip auf der Basis von
AlInGaN. Im Falle eines Fotodetektors kann der Halbleiterchip auch auf einem anderen Halbleitermaterial wie Silizium oder Germanium basieren.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen
Reihenfolge :
A) Bereitstellen eines Metallblatts,
B) Fräsen des Metallblatts,
C) Strukturieren des Metallblatts zu einem
Leiterrahmenrohling mit den Zwischenstücken,
F) Aufbringen einer Vielzahl der Halbleiterbauteile auf die Zwischenstücke, und
G) Vereinzeln zu den Bauelementen.
Bei dem Metallblatt handelt es sich insbesondere um ein Blech oder um eine Metallfolie, zum Beispiel um ein Stufenband. Das Metallblatt ist bevorzugt aus Kupfer oder aus einer
Kupferlegierung, wobei metallische Beschichtungen vorhanden sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Fräsen im
Schritt B) ein Profilfräsen. Damit können beim Fräsen in zumindest einige der Zwischenstücke je zumindest eine
Vertiefung oder mehrere Vertiefungen erzeugt werden. Es ist möglich, dass beim Fräsen lediglich die Vertiefungen erstellt werden, sodass dann keine oder keine signifikante Dickenänderung des Metallblatts erfolgt. Alternativ kann beim Fräsen sowohl eine Gestaltung der Vertiefungen erfolgen als auch eine Einstellung oder eine Korrektur der Dicke des
Metallblatts insgesamt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Metallblatt nach dem Schritt B) eine Dickenschwankung um eine
bestimmunggemäße Dicke auf, wobei die Dickenschwankung bei höchstens 50 ym oder 30 ym oder 20 ym liegt. Die gleichen Toleranzen hinsichtlich der Dicke gelten bevorzugt auch für den Leiterrahmenrohling und/oder für die
Leiterrahmenverbünde. Das heißt, das Metallblatt, der
Leiterrahmenrohling und/oder die Leiterrahmenverbünde werden mit einer kleinen Dickentoleranz gefertigt. Damit ist eine hohe Dickenpräzision über eine oder über mehrere Chargen der produzierten Bauelemente hinweg möglich, speziell aufgrund der Verwendung gewalzter Metallbleche für die Sockel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt zwischen den Schritten C) und F) ein Schritt D) . Im Schritt D) wird der Leiterrahmenrohling mit einer oder mit mehreren
Metallisierungen versehen. Solche Metallisierungen sind beispielsweise durch aufeinanderfolgende Schichten von
Nickel, Palladium und/oder Gold gebildet. Solche
Metallisierungen bevorzugt weisen eine Gesamtdicke von höchstens 10 ym oder 5 ym auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die mindestens eine Metallisierung ringsum und ganzflächig an dem
Leiterrahmenrohling oder an dem Metallblatt oder an einem Leiterrahmenverbund angebracht. Das heißt, zum Aufbringen der zumindest einen Metallisierung erfolgt keine Maskierung oder eine nur gezielt stellenweise Aufbringung der Metallisierung. Alternativ kann die Metallisierung nur lokal erzeugt werden, sodass eine Oberfläche des Leiterrahmenrohlings, des
Metallblatts und/oder des Leiterrahmenverbunds stellenweise frei von der Metallisierung bleibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt zwischen den Schritten D) und F) oder zwischen den Schritten C) und F) ein Schritt E) . Im Schritt E) wird der Leiterrahmenrohling zu Leiterrahmenverbünden zerteilt. Die Leiterrahmenverbünde weisen vergleichsweise kleine geometrische Abmessungen auf. Beispielsweise liegt eine Breite der Leiterrahmenrohling zwischen einschließlich 30 mm und 300 mm und/oder eine Länge der Leiterrahmenverbünde liegt beispielsweise bei mindestens 60 mm und/oder bei höchstens 600 mm. Das Zerteilen der
Leiterrahmenrohlinge zu den Leiterrahmenverbünden erfolgt beispielsweise über ein Stanzen, Sägen oder Laserschneiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte B) , C) und/oder D) in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess durchgeführt. Ein solcher Prozess wird auch als Reel-to-Reel bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Dicke des Metallblatts und/oder des Leiterrahmenrohlings und/oder der Leiterrahmenverbünde bei mindestens 0,3 mm oder 0,6 mm oder 1 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke bei höchstens 5 mm oder 3 mm oder 2 mm. Mit anderen Worten ist das Metallblatt und damit der Sockel mit den Zwischenstücken vergleichsweise dick.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das
Strukturieren im Schritt C) mittels Stanzen. Das Stanzen wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass mittels Fräsen die Vertiefungen in den Zwischenstücken im Bereich einer Trennfuge zwischen den benachbarten Zwischenstücken eines Bauelements erzeugt sind. Alternativ kann das Strukturieren im Schritt C) auch über ein Laserschneiden, über Ätzen oder mittels eines weiteren spanenden Bearbeitungsschritts wie Sägen oder Fräsen erfolgen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen
Reihenfolge :
A*) Strukturieren der Deckplatten und der Bodenplatten für die Zwischenstücke,
C*) Bereitstellen der Abstandshalter und Verbinden der
Abstandshalter mit den Deckplatten und den Bodenplatten,
F) Aufbringen einer Vielzahl der Halbleiterbauteile auf die Zwischenstücke, und
G) Vereinzeln zu den Bauelementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt B*) zwischen den Schritten A*) und C*) einer oder mehrere Formkörper etwa aus einem Kunststoff gebildet. Durch den mindestens einen Formkörper werden die Deckplatten und die zugeordneten Bodenplatten eines Sockels mechanisch
miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine Formkörper ein Bestandteil des fertigen Sockels. Alternativ kann der Formkörper nur zeitweilig während des
Herstellungsprozesses vorhanden sein, sodass in den fertigen Bauelementen kein Formkörper mehr im Sockel vorhanden ist.
Die oben für das Metallblatt genannten Dickentoleranzen gelten bevorzugt genauso für die Deckplatten, die
Bodenplatten und/oder die Durchmesser der Abstandshalter. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Kontaktflachen deckungsgleich oder näherungsweise
deckungsgleich auf die Zwischenstücke aufgebracht. Das heißt, die Kontaktflächen und die Zwischenstücke können in
Draufsicht auf die Montageseite gesehen gleich groß oder ungefähr gleich groß sein. Ungefähr gleich groß bedeutet insbesondere, dass die Flächeninhalte der Kontaktflächen von den Flächeninhalten der zugehörigen Zwischenstücke in
Draufsicht auf die Montageseite gesehen um höchstens einen Faktor 1,1 oder 1,2 oder 1,4 voneinander abweichen.
Alternativ ist es möglich, dass die Anschlussflächen und die Kontaktflächen gezielt unterschiedlich groß sind.
Beispielsweise können die Anschlussflächen und damit die Zwischenstücke die Kontaktflächen seitlich überragen. Dabei können die Zwischenstücke auch das Halbleiterbauteil seitlich überragen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Bauelemente nach dem Schritt G) in einem Schritt H) auf einen externen Träger aufgebracht. Dieses Aufbringen erfolgt bevorzugt mittels Oberflächenmontage und damit mittels Löten.
Alternativ kann ein elektrisch leitfähiges Kleben verwendet werden. Bei dem externen Träger handelt es sich
beispielsweise um eine starre Leiterplatte oder auch um eine flexible Leiterplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zusätzlich zu dem mindestens einen Bauelement zumindest eine weitere
Halbleiterkomponente auf den externen Träger aufgebracht. Bei der weiteren Halbleiterkomponente handelt es sich
beispielsweise um einen Speicherbaustein oder um einen integrierten Schaltkreis, kurz IC. Weiterhin ist es möglich, dass es sich bei der weiteren Halbleiterkomponente um eine optoelektronische Halbleiterkomponente handelt,
beispielsweise um einen CCD-Chip oder um einen Farbsensor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Bauelement aufgrund des Sockels genauso dick wie die weitere
Halbleiterkomponente. Dies gilt insbesondere mit einer
Toleranz von höchstens 40 ym oder 20 ym oder 10 ym, speziell in Richtung senkrecht zur Montageseite des
Halbleiterbauteils. Damit ist es möglich, dass das zumindest eine Halbleiterbauteil und die zumindest eine weitere
Halbleiterkomponente bündig beispielsweise mit einem Gehäuse eines Geräts wie ein Mobiltelefon abschließen. Außerdem ist es möglich, dem Halbleiterbauteil und der
Halbleiterkomponente mit hoher Präzision ein weiteres Teil wie eine optische Komponente nachzuordnen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Fräsen im Schritt B) nur von einer Seite des Metallblatts her.
Alternativ wird ein doppelseitiges Fräsen von zwei
Hauptseiten des Metallblatts her durchgeführt.
Weiterhin ist es möglich, dass im Schritt B) auch ein
Zuschnitt des Metallblatts auf eine gewünschte Breite erfolgt und optional auch auf eine bestimmte Länge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind nach dem Schritt G) noch Frässpuren an den Zwischenstücken sichtbar. Die
Frässpuren können von einer Metallisierung teilweise oder vollständig bedeckt sein. Da die Metallisierung bevorzugt jedoch nur eine geringe Dicke aufweist, können die Frässpuren von der Metallisierung formtreu überformt sein. In diesem Fall ist es möglich, die Frässpuren auch noch in der
Metallisierung nachzuweisen. Alternativ ist ein Nachweis der Frässpuren möglich, in dem die zumindest eine Metallisierung beispielsweise über Ätzen entfernt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Abstandshalter teilweise oder vollständig ringsum und ganzflächig mit dem Lot beschichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nur über das Lot die Platten zusammengehalten. Das heißt, zusätzliche
mechanische, tragende, feste Verbindungen zwischen den
Platten können entfallen.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement und ein hier beschriebenes Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Bauelements , Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Bauelements ,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Sockels für hier beschriebene Bauelemente,
Figur 5 eine schematische Unteransicht eines Sockel für
hier beschriebene Bauelemente,
Figur 6 eine schematische Unteransicht auf ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil für hier beschriebene Bauelemente,
Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils für hier beschriebene Bauelemente,
Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils für hier beschriebene Bauelemente,
Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines hier
beschriebenen Bauelements an einem externen Träger,
Figur 10 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Verfahrensschritts zur Herstellung von hier beschriebenen Bauelementen,
Figur 11 eine schematische Schnittdarstellung eines
Verfahrensschritts zur Herstellung von hier beschriebenen Bauelementen, Figuren 12 und 13 schematische Draufsichten von
Verfahrensschritten zur Herstellung von hier beschriebenen Bauelementen,
Figuren 14 und 15 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten zur Herstellung von hier beschriebenen Bauelementen,
Figur 16 ein Blockdiagramm von Herstellungsverfahren für
hier beschriebene Bauelemente,
Figur 17 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Bauelements, und
Figuren 18 bis 20 schematische Schnittdarstellungen von
Sockeln für hier beschriebene Bauelemente.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements 1 dargestellt. Das Bauelement 1 umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 2 sowie einen Sockel 3.
Bei dem Halbleiterbauteil 2 handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode oder um einen Fotodetektor. In dem
Halbleiterbauteil 2 befindet sich bevorzugt ein in Figur 1 nicht gezeichneter Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist insbesondere von einem Gehäuse umgeben. Weiterhin umfasst das Halbleiterbauteil 2 eine erste elektrische Kontaktflache 21 sowie ein zweite elektrische Kontaktflache 22. Die
Kontaktflachen 21, 22 liegen in einer Montageseite 20 des Halbleiterbauteils 2. Die Montageseite 20 liegt einer
Lichtaustrittsseite 29 und/oder einer Lichteintrittsseite gegenüber. Zwischen den Kontaktflachen 21, 22 befindet sich in Richtung parallel zur Montageseite 20 eine bevorzugt schmale Trennfuge.
Der Sockel 3 ist durch ein erstes Zwischenstück 31 und durch ein zweites Zwischenstück 32 gebildet. Die Zwischenstücke 31, 32 weisen die gleiche Dicke auf. Ferner sind die
Zwischenstücke 31, 32 bevorzugt mittels Löten direkt an den Kontaktflachen 21, 22 angebracht. Zwischen den Kontaktflachen 21, 22 und den Zwischenstücken 31, 32 befindet sich dann lediglich ein Lot.
Im Querschnitt gesehen sind die Zwischenstücke 31, 32 jeweils L-förmig. Somit weisen die Zwischenstücke 31, 32 eine
Vertiefung 6 auf. Die Vertiefung 6 reicht nicht bis an die Kontaktflachen 21, 22 heran. Die Zwischenstücke 31, 32 sind asymmetrisch zueinander ausgebildet. So weist das zweite Zwischenstück 32 an der größeren Kontaktflache 22 eine größere Ausdehnung in Richtung parallel zur Montageseite 20 auf. Die nicht von der Vertiefung 6 betroffenen Gebiete der Zwischenstücke 31, 32 können gleich breit gestaltet sein, wie in Figur 1 illustriert, oder abweichend hiervon auch
unterschiedliche Ausdehnungen in Richtung parallel zur
Montageseite 20 aufweisen.
An dem Halbleiterbauteil 2 abgewandten Unterseiten der bilden die Zwischenstücke 31, 32 jeweils Anschlussflächen 41, 42. Über die Anschlussflächen 41, 42 ist das Bauelement 1 extern elektrisch kontaktierbar, bevorzugt mittels Löten.
Seitenflächen 33 der Zwischenstücke 31, 32 liegen frei.
Insbesondere sind die Zwischenstücke 31, 32 nicht in einen Kunststoffkörper oder Vergusskörper eingebettet. Es ist möglich, dass sich ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Kleber, mit dem der Sockel 3 an dem Halbleiterbauteil 2 befestigt ist, in einem geringen Ausmaß auf die Seitenflächen 33 erstreckt.
Durch den Sockel 3 ist das Bauelement 1 mit geringen
Toleranzen auf eine bestimmte Gesamtdicke einstellbar, ohne dass das Halbleiterbauteil 2 angepasst werden muss. Damit kann das Bauelement 1 in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden. Somit bildet der Sockel 3 einen Interposer, mit dem das Bauelement 1 beispielsweise auf eine flexible
Leiterplatte gelötet werden kann.
Dabei ist eine Dickentoleranz gering. Dies wird erreicht, indem der Sockel 3 durch einen Leiterrahmen, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, gebildet ist. Um den Sockel 3 effizient mittels Stanzen bearbeiten zu können, ist die Vertiefung 6 in den Zwischenstücken 31, 32 vorhanden. Ansonsten ist eine Kombination aus einer schmalen Trennfuge zwischen den Zwischenstücken 31, 32 längs der Montageseite 20 und einer relativ großen Dicke des Sockels 3 nicht
erreichbar. So sind ausschließlich mit Stanztechniken und Ätztechniken die geforderten geringen Dickentoleranzen nicht erreichbar. Die hohe Genauigkeit wird bei dem hier
beschriebenen Sockel dadurch ermöglicht, dass dieser aus einem profilgefrästen Stufenband heraus hergestellt wird.
In Figur 1 ist zudem illustriert, dass die Zwischenstücke 31, 32 längs der Montageseite 20 über das Halbleiterbauteil 2 überstehen können. Ein Überstand des Sockels 3 über das
Halbleiterbauteil 2 liegt beispielsweise bei mindestens
0,1 mm und/oder bei höchstens 0,5 mm. An der Trennfuge zwischen den Zwischenstücken 31, 32 schließen die Zwischenstücke 31, 32 im Rahmen der Herstellungstoleranzen bevorzugt bündig mit den Kontaktflachen 21, 22 ab.
In Figur 2 ist illustriert, dass die Zwischenstücke 31, 32 insgesamt bündig mit den Kontaktflachen 21, 22 abschießen, in Richtung parallel zur Montageseite 20. Eine entsprechende Anordnung kann auch in Figur 1 vorliegen.
Zudem ist in Figur 2 gezeigt, dass die Zwischenstücke 31, 32 T-förmig geformt sein können. Damit weisen die Zwischenstücke 31, 32 beiderseits eines Bereichs maximaler Dicke je eine Vertiefung 6 auf. An Seitenkanten des Halbleiterbauteils 2 können die Zwischenstücke 31, 32 somit eine reduzierte Dicke aufweisen. Das gleiche kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen der Fall sein.
Ferner ist in Figur 2 illustriert, dass Frässpuren 8 am
Sockel 3 erkennbar sind. Solche Frässpuren 8 sind
beispielsweise durch Rillen oder kleine Grate gegeben. Die Frässpuren 8 sind lediglich am ersten Zwischenstück 31 in Figur 2 gezeichnet, finden sich bevorzugt aber an allen
Zwischenstücken 31, 32. Solche Frässpuren 8 könne auch in allen anderen Ausführungsbeispielen des Bauelements 1 vorhanden sein.
Gemäß Figur 3 weist das Halbleiterbauteil 2 mehr als zwei Kontaktflächen auf. Entsprechend sind mehr als zwei
Zwischenstücke des Sockels 3 vorhanden.
Es ist möglich, dass die Zwischenstücke unterschiedlich geformt sind. So können T-förmige und L-förmige
Zwischenstücke in dem Sockel 3 miteinander kombiniert vorliegen . In Figur 4 ist ein Beispiel eines Sockels 3 dargestellt.
Gemäß Figur 4 weist der Sockel 3 eine Dicke T auf. Die Dicke T liegt beispielsweise bei 1,635 mm. Ein Abstand W zwischen den Zwischenstücken 31, 32, also eine Breite der Trennfuge, ist vergleichsweise klein und liegt bei lediglich 0,35 mm. Damit liegt ein Quotient aus der Dicke T und dem Abstand W bei ungefähr 5.
Um den Sockel 3 mittels Stanzen bearbeiten zu können, sind die Vertiefungen 6 in den Zwischenstücken 31, 32 geformt.
Eine Tiefe t der Vertiefungen 6 liegt bevorzugt bei
mindestens 60 % oder 70 % oder 50 % und/oder bei höchstens 90 % oder 85 % oder 80 % der Dicke T des Sockels 3. Dies gilt bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
Ein Abstand D zwischen den L-förmigen oder T-förmigen
Schenkeln der Zwischenstücke 31, 32 liegt bevorzugt ungefähr bei der Dicke T des Sockels 3. Beispielsweise ist der Abstand D um mindestens einen Faktor 1,1 oder 1,2 und/oder um
höchstens einen Faktor 1,6 oder 1,4 größer als die Dicke T, um ein effizientes Stanzen zu gewährleisten.
Die in Figur 4 beispielhaft illustrierten Abmessungen, die in mm angegeben sind, können auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen gelten. Dabei können die jeweiligen Abmessungen, einzeln oder in Kombination, mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 3 oder 2 oder 1,5 vorliegen.
Paarweise Quotienten der genannten Größen können einzeln oder in Kombination entsprechend der Werte der Figur 4 vorliegen, beispielsweise jeweils mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 1,5 oder 1,3. In Figur 5 ist eine Unteransicht auf den Sockel 3 gezeigt.
Die Vertiefungen 6 erstrecken sich bevorzugt durchgehend und in gerade Linie in Richtung parallel zu Außenkanten der
Zwischenstücke 31, 32.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass von den Zwischenstücken 31, 32 jeweils einer oder mehrere Verbindungsstege 34 ausgehen. Die
Verbindungsstege 34 sind bevorzugt schmaler als die
Zwischenstücke 31, 32. Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 5 können die Verbindungsstege 34 auch die gleiche
Breite aufweisen wie die Zwischenstücke 31, 32, in Richtung parallel zur Trennfuge zwischen den Zwischenstücken 31, 32. Solche Verbindungsstege 34 dienen insbesondere dazu, die Zwischenstücke 31, 32 in einem Leiterrahmenverbund zu halten. Demgemäß können solche Verbindungsstege 34 auch in allen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In Figur 6 ist eine Unteransicht auf ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 2 illustriert. Die Kontaktflächen 21, 22 sind bevorzugt ringsum von einem Material eines Gehäuses 25 umgeben. Das Gehäuse 25 ist beispielsweise aus einem
Kunststoff .
Auch die in Figur 6 beispielhaft dargestellten Abmessungen können einzeln oder in Kombination bevorzugt mit einer
Toleranz von höchstens einem Faktor 3 oder 2 oder 1,5 gelten. Auch Quotienten aus den Abmessungen können mit einer
entsprechenden Toleranz einzeln oder in Kombination gelten.
In den Figuren 7 und 8 sind Beispiele von Halbleiterbauteilen 2 illustriert. Die Halbleiterbauteile 2 umfassen jeweils einen Halbleiterchip 23, wobei auch mehrere Halbleiterchips vorhanden sein können. Die Halbleiterchips 23 sind beispielsweise Leuchtdiodenchips. Es ist möglich, dass die Halbleiterchips 23 über Bonddrähte 27 an den Kontaktflachen 21, 22 angebracht sind. Die Kontaktflachen 21, 22 sind bevorzugt Teil eines Leiterrahmens 26 des Halbleiterbauteils 2.
Optional kann dem Halbleiterchip 23 ein Leuchtstoffkörper 28 nachgeordnet sein, siehe Figur 8. Mit dem Leuchtstoffkörper 28 lässt sich beispielsweise aus blauem Licht heraus weißes Licht erzeugen.
Ferner weisen die Halbleiterbauteile 2 jeweils ein Gehäuse 25 auf. Das Gehäuse 25 ist beispielsweise aus einem weißen
Material. Gemäß Figur 7 befindet sich der Halbleiterchip 23 in einer Ausnehmung des Gehäuses 25. Die Ausnehmung 25 kann mit einem Verguss 24 teilweise oder vollständig ausgefüllt sein, wobei der Verguss 24 einen Leuchtstoff enthalten kann. Demgegenüber ist das Gehäuse 25 gemäß Figur 8 direkt an den Halbleiterchip 23 und an den optionalen Leuchtstoffkörper 28 angeformt .
Gemäß Figur 7 schließen die Kontaktflächen 21, 22 in Richtung weg von dem Halbleiterchip 23 bündig mit dem Gehäuse 25 ab. Das Halbleiterbauteil 2 kann als QFN-Bauteil gestaltet sein. Optional ist es möglich, siehe Figur 8, dass die
Kontaktflächen 21, 22 teilweise oder auch vollständig aus dem Gehäuse 25 herausragen.
In Figur 9 ist illustriert, dass das Bauelement 1 auf einem externen Träger 7 montiert ist. Auf dem Träger 7 ist außerdem eine weitere Halbleiterkomponente 71 angebracht. Bei dem Träger 7 handelt es sich beispielsweise um eine flexible Leiterplatte, auch als Flex-PCB bezeichnet, oder auch um eine starre Platine in einem mobilen Gerät wie einem Mobiltelefon . Das Bauelement 2 ist beispielsweise ein Blitzlicht.
Aufgrund des Sockels 3 weisen das Bauelement 1 sowie die weitere Halbleiterkomponente 71 mit einer hohen Präzision die gleiche Gesamthöhe über dem externen Träger 7 auf.
In den Figuren 10 bis 14 ist ein Herstellungsverfahren für die Bauelemente 1 illustriert. Gemäß Figur 10 erfolgt in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren das Fräsen eines Metallblatts 51 zu einem Leiterrahmenrohling 52. Dabei wird ein
Fräswerkzeug 9 verwendet. Mit dem Fräswerkzeug 9 werden die Vertiefungen 6 erstellt, in Figur 10 nicht gezeichnet.
Optional ist es möglich, dass über das Fräswerkzeug 9 auch eine Dicke des Metallblatts 51 und damit des
Leiterrahmenrohlings 52 mit einer geringen Toleranz
eingestellt wird.
In Figur 11 ist illustriert, dass bevorzugt ebenfalls in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren die Zwischenstücke 31, 32 mittels Stanzen erzeugt werden. Dabei bleiben die
Zwischenstücke 31, 32 über die Verbindungsstege 34 mechanisch noch miteinander verbunden.
Ebenso in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren kann zumindest eine Metallisierung 4 aufgebracht werden. Die Metallisierung 4 kann die Zwischenstücke 31, 32 vollflächig bedecken.
Aufgrund der Metallisierung 4 können bevorzugt die
Anschlussflächen 41, 42 sowie den Anschlussflächen 41, 42 abgewandte Seiten der Zwischenstücke 31, 32 lötfähig gemacht werden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Metallisierung 4 eine relativ dicke Goldteilschicht als äußerste Teilschicht umfasst.
Gemäß Figur 12 wird aus dem Leiterrahmenrohling 32 ein
Leiterrahmenverbund 53 erzeugt. In dem Leiterrahmenverbund 53 sind die einzelnen Zwischenstücke 31, 32 über die
Verbindungsstege 34 mechanisch miteinander verbunden. Aus dem Leiterrahmenrohling 52 wird bevorzugt eine Vielzahl von
Leiterrahmenverbünden 53 hergestellt.
Die Verbindungsstege 34 in Richtung senkrecht zu Leisten 35 am Rande des Leiterrahmenverbunds 53 weisen bevorzugt die gleiche Dicke auf wie die Zwischenstücke 31, 32 im Bereich der Vertiefungen 6, wie die parallel zu den Leisten 35 verlaufenden Verbindungsstege 34 und/oder wie die Leisten 35 selbst. Es ist möglich, dass die senkrecht zu den Leisten 35 und damit senkrecht zu den Vertiefungen 6 verlaufenden
Verbindungsstege 34 in einem zweiten Frässchritt oder
alternativ auch in einem Ätzschritt auf die gewünschte Dicke gebracht werden.
Somit können zwei um 90° versetzte Fräsungen erfolgen, um einerseits die Vertiefungen 6 sowie die parallel zu den
Leisten 35 verlaufenden Verbindungsstege 34 und andererseits die senkrecht zu den Vertiefungen 6 verlaufenden
Verbindungsstege 34 auf die gewünschte Dicke zu bringen.
Das Strukturieren mittels Stanzen erfolgt besonders bevorzugt erst, nachdem alle Bereiche des Leiterrahmenrohlings 52 auf die gewünschte Dicke gebracht sind. In Figur 13 ist eine weitere Gestaltungsmöglichkeit des Leiterrahmenverbunds 53 gezeigt. Das Fräsen ist nur in
Richtung parallel zu den Leisten 35 erfolgt und damit nur entlang einer einzigenRichtung . Frässpuren verlaufen somit bevorzugt parallel zu den Leisten 35. Bereiche, deren Dicke sich durch das Fräsen nicht verändert hat oder in denen lediglich eine Dicke korrigiert wurde, sind in Figur 13 schraffiert gezeichnet.
Eine Aufteilung zwischen benachbarten Sockeln 3 in Richtung parallel zu den Leisten 35 erfolgt entlang von Trennlinien 36. Die Trennlinien 36 verlaufen somit senkrecht zu den
Leisten 35. Diese Aufteilung entlang der Trennlinien 36 erfolgt zum Beispiel mittels Sägen oder Ätzen.
In den Bereichen reduzierter Dicke erfolgt das Stanzen der Trennfugen zwischen den Zwischenstücken 31, 32 sowie das Durchtrennen der Verbindungsstege 34 zu den einzelnen Sockeln 3, etwa auch mittels Stanzen. Dies ist in Figur 13
schematisch durch Strichlinien symbolisiert.
In Figur 14 ist illustriert, dass bevorzugt noch im
Leiterrahmenverbund 53 die Halbleiterbauteile 2 auf den jeweiligen Sockeln 3 aufgebracht werden. Dabei sind die
Verbindungsstege 34 bevorzugt noch intakt.
In einem nachgelagerten Schritt erfolgt ein Vereinzeln zu den fertigen Bauelementen 1, siehe Figur 15. Dabei können Reste der Verbindungsstege 34 an den Zwischenstegen 31, 32
verbleiben .
In Figur 16 ist das Herstellungsverfahren schematische als Blockdiagramm veranschaulicht. Im Verfahrensschritt S1 wird das Metallblatt 51 profilgefräst. Das Metallblatt 51 ist dabei bevorzugt ein Stufenband aus Kupfer.
Im Verfahrensschritt S2 erfolgt ein Erzeugen der
Zwischenstücke mittels Stanzen oder mittels einer
alternativen Formgebung.
Im optionalen Schritt S3 wird eine Metallisierung
aufgebracht, beispielsweise durch Galvanisieren von
Teilschichten aus Nickel, Palladium und Gold auf den
Leiterrahmenrohling 52.
Gemäß dem Verfahrensschritt S4 erfolgt ein Zuschneiden des Leiterrahmenrohlings 52 zu den Leiterrahmenverbünden 53. Dies kann durch ein Reel-to-Strip-Verfahren realisiert werden.
Gemäß Schritt S5 werden die Zwischenstücke mit den
Halbleiterbauteilen 2 bestückt und nachgelagert erfolgt optional ein Testen der Bauelemente 1 sowie ein Vereinzeln zu den fertigen, optional getesteten Bauelementen 1.
In Figur 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelements 1 gezeigt. Der Sockel 3 ist dabei durch einen zusammengesetzten Leiterrahmen 37, 38, 39 gebildet. Damit umfasst jedes der Zwischenstücke 31, 32 eine Deckplatte 37, eine Bodenplatte 38 sowie bevorzugt mehrere Abstandshalter 39. Die Deckplatten 37, die Bodenplatten 38 und die
Abstandshalter 39 sind insbesondere je aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Eine Verbindung zwischen den
Deckplatten 37, Bodenplatten 38 und Abstandshaltern 39 innerhalb der Zwischenstücke 31, 32 ist zum Beispiel mittel Löten realisiert. Die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 sind insbesondere aus gewalzten Blechen und damit hinsichtlich ihrer Dicke präzise herstellbar. Gleichzeitig sind die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 vergleichsweise dünn, sodass die
Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 mittels Ätzen und/oder Stanzen bearbeitbar sind. Zum Beispiel liegt eine Dicke der Deckplatten 37 und der Bodenplatten 38 bei mindestens 0,1 mm oder 0,2 mm und/oder bei höchstens 0,6 mm oder 0,4 mm.
Dickentoleranzen der Deckplatten 37 und der Bodenplatten 38 liegen zum Beispiel je bei höchstens 10 ym oder 20 ym.
Um trotz der relativ dünnen Deckplatten 37 und Bodenplatten 38 dennoch eine ausreichende Gesamtdicke des Sockels 3 zu verwirklichen, sind die Abstandshalter 39 eingebracht. Die insbesondere kugelförmigen Abstandshalter 39 können
vergleichsweise große Durchmesser aufweisen, zum Beispiel mindestens 0,2 mm oder 0,4 mm und/oder höchstens 1 mm oder 0,8 mm. Die Abstandshalter 39 können einen größeren
Durchmesser aufweisen als die Deckplatten 37 und Bodenplatten dick sind. Alternativ können die Abstandshalter 39 auch zylinderförmig oder quaderförmig sein. Dabei sind auch die Abstandshalter 39 nur mit kleinen Durchmessertoleranzen versehen, zum Beispiel mit einer Durchmessertoleranz von höchstens 20 ym oder 10 ym. Somit ist die Gesamtdicke T des Sockels 3 genau einstellbar, ebenso wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen .
In Figur 18 ist eine weitere Gestaltungsmöglichkeit des Sockels 3 illustriert. Die Deckplatten 37 und die
Bodenplatten 38 sind halbgeätzt und mit mindestens einem Formkörper 73, zum Beispiel aus einem Kunststoff, miteinander verbunden. Dazu werden die Deckplatten 37 und die
Bodenplatten 38 in einem ersten Ätzschritt so geätzt, dass die Bereiche für die Formkörper 73 entstehen. Dann werden die Formkörper 73 erzeugt. Daraufhin erfolgt das vollständige Durchätzen zwischen den Zwischenstücke 31, 32. Damit sind die Formkörper 73 dünner als die Deckplatten 37 und als die
Bodenplatten 38. Nachfolgend können die Abstandshalter 39 eingefügt werden und die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 können miteinander verbunden werden.
Als Abstandshalter 39 werden bevorzugt Kern-Schale-Kugeln verwendet. Kerne 74 sind bevorzugt Kupferkugeln. Die Schalen 72 sind insbesondere durch eine Lotbeschichtung gebildet. Solche Abstandshalter 39 können auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Optional können sich neben den Zwischenstücken 31, 32
Randbereiche 75 befinden. Die Randbereiche 75 können frei von den Abstandshalter 39 sein oder abweichend von Figur 18 Abstandshalter 39 umfassen. Die Randbereiche 75 sind
bevorzugt jedoch entfernt, anders als in Figur 18
veranschaulicht .
Beim Sockel 3 der Figur 19 sind die Formkörper 73 genauso dick wie die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38. Zum Beispiel werden die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 durch Stanzen oder Ätzen in einem Leiterrahmenverbund
strukturiert und nachfolgend werden die Formkörper 73 mittels Spritzen und/oder Pressen erzeugt.
Um die Abstandshalter 39 in definierten Positionen zu
platzieren, kann eine Maskenschicht 76 vorhanden sein. Anders als dargestellt kann die Maskenschicht 76 sowohl an den
Deckplatten 37 als auch an den Bodenplatten 38 angebracht sein. Zum Beispiel ist die Maskenschicht 76 ein Fotolack. Die Maskenschicht 76 kann nach dem Anbringen der Abstandshalter 39 entfernt werden oder in den fertigen Bauelementen 1 noch vorhanden sein.
In Figur 20 ist illustriert, dass der Formkörper 73 einen Bereich zwischen den Deckplatten 37 und den Bodenplatten 38 auffüllen kann. Zur Positionierung der Abstandshalter 39 sind mehrere Mulden 77 in die Deckplatten 37 und/oder in die
Bodenplatten 38 geformt, zum Beispiel in Form von
Kugelsegmenten oder in Form von Zylinderlöchern.
Insbesondere über die Mulden 77 oder über die Maskenschicht 76 ist ein Bedeckungsgrad der Deckplatten 37 und der
Bodenplatten 38 mit den Abstandshaltern 39 einstellbar. Damit lassen sich Kurzschlüsse zwischen benachbarten Deckplatten 37 und Bodenplatten 38 über die Abstandshalter 39 verhindern. Außerdem lässt sich damit in Bereichen hoher Flächendichte der Abstandshalter 39 eine hohe Wärmeleitfähigkeit in
Richtung senkrecht zur Montageseite realisieren. Solche
Bereiche hoher Flächendichte liegen insbesondere mittig in den Zwischenstücke 31, 32 vor, speziell über das größere Zwischenstück 32 hinweg. Zu einem Rand hin können die
Abstandshalter 39 mit einer geringeren Flächendichte
angeordnet werden.
Derartige Mulden 77 oder Maskenschichten 76 können in den anderen Ausführungsbeispielen des Sockels 3 als
zusammengesetzter Leiterrahmen 37, 38, 39 genauso vorhanden sein .
In den Figuren 17 bis 20 werden als Deckplatten 37 und als Bodenplatten 38 jeweils dünne Metallbleche verwendet. Genauso denkbar ist es alternativ aber, andere dünne Komponenten zu verwenden. Zum Beispiel können die Deckplatten 37 und die Bodenplatten 38 anstatt durch Metallbleche auch durch dünne gedruckte Leiterplatten, Metallkernplatinen oder
Keramikleiterplatten gebildet sein. Solche Komponenten sind, wenn deren Gesamtdicke gering ist, ebenso mit vergleichsweise kleinen Dickentoleranzen erhältlich und können genauso mittels der Abstandshalter 39 aneinandergefügt werden.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 1 bis 16 zu den Figuren 17 bis 20 entsprechend.
Die hier beschriebene 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 123 031.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Bauelement
2 optoelektronisches Halbleiterbauteil
20 Montageseite
21 erste elektrische Kontaktflache
22 zweite elektrische Kontaktflache
23 optoelektronischer Halbleiterchip
24 Verguss
25 Gehäuse
26 Leiterrahmen oder Leiterplatte
27 Bonddraht
28 Leuchtstoffkörper
29 Lichtaustrittsseite oder Lichteintrittsseite
3 Sockel
31 erstes Zwischenstück
32 zweites Zwischenstück
33 Seitenflächen der Zwischenstücke
34 Verbindungssteg
35 Leiste
36 Trennlinie
37 Deckplatte
38 Bodenplatte
39 Abstandshalter
4 Metallisierung
41 erste Anschlussfläche
42 zweite Anschlussfläche
51 Metallblatt
52 Leiterrahmenrohling
53 Leiterrahmenverbund
6 Vertiefung
7 externer Träger
71 Halbleiterkomponente 72 Lotbeschichtung
73 Formkörper
74 Metallkern
75 Randbereich
76 Maskenschicht
77 Mulde
8 Frässpuren
9 Fräswerkzeug
D Abstand zwischen den L- oder T-Schenkeln Sl-5 Verfahrensschritt
t Tiefe der Vertiefung
T Dicke des Metallblatts/der Zwischenstücke
W Abstand zwischen den Zwischenstücken

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen
Bauelementen (1), wobei
- die Bauelemente (1) je ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil (2) aufweisen, das an einer Montageseite (20) mindestens zwei elektrische Kontaktflachen (21, 22) umfasst,
- die Bauelemente (1) je einem Sockel (3) umfassen, der ein Leiterrahmen ist,
- die Sockel (3) je mindestens zwei metallische
Zwischenstücke (31, 32) aufweisen,
- jedes der Zwischenstücke (31, 32) direkt an einer der Kontaktflachen (21, 22) befestigt ist und die Zwischenstücke (31, 32) im Querschnitt senkrecht zur zugehörigen
Montageseite (20) gesehen jeweils L-förmig oder T-förmig gestaltet sind,
- elektrische Anschlussflächen (41, 42) zur externen
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (2) durch dem betreffenden Halbleiterbauteil (2) abgewandte Unterseiten der Zwischenstücke (31, 32) gebildet sind,
- ein Quotient aus einer Dicke (T) der Zwischenstücke (31,
32) und einem Abstand (W) zwischen den Zwischenstücken (31, 32) in Richtung parallel zur Montageseite (20) zwischen einschließlich 3 und 20 liegt, und
das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:
A) Bereitstellen eines Metallblatts (51),
B) Fräsen des Metallblatts (51),
C) Strukturieren des Metallblatts (51) zu einem
Leiterrahmenrohling (52) mit den Zwischenstücken (31, 32),
F) Aufbringen einer Vielzahl der Halbleiterbauteile (2) auf die Zwischenstücke (31, 32), und
G) Vereinzeln zu den Bauelementen (1) .
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem Seitenflächen (33) der Zwischenstücke (31, 32) frei liegen .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenstücke (31, 32) je aus einem Vollmaterial sind .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenstücke (31, 32) im Querschnitt senkrecht zur Montageseite (20) gesehen jeweils T-förmig gestaltet sind,
wobei der Abstand (W) zwischen einschließlich 0,1 mm und 0 , 7 mm liegt .
5. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem die Zwischenstücke (31, 32) in mindestens einem
Querschnitt senkrecht zur Montageseite (20) gesehen L-förmig gestaltet sind,
wobei ein Quotient aus der Dicke (T) der Zwischenstücke (31, 32) und einem Abstand (D) zwischen sich von der Montageseite (20) wegerstreckenden Schenkeln der L's zwischen
einschließlich 0,4 und 3 liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstand (W) zwischen einschließlich 0,1 mm und 0 , 7 mm liegt .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fräsen ein Profilfräsen ist, sodass zumindest einige der Zwischenstücke (31, 32) nach dem Fräsen je
mindestens eine Vertiefung (6) aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Schritten C) und F) in einem Schritt D) der Leiterrahmenrohling (52) mit mindestens einer
Metallisierung (4) versehen wird.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei zwischen den Schritten D) und F) in einem Schritt E) der Leiterrahmenrohling (52) zu Leiterrahmenverbünden (53) zerteilt wird,
wobei die Schritte B) bis D) jeweils in einem Rolle-zu-Rolle- Prozess durchgeführt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallblatt (51) nach dem Schritt B) eine
Dickenschwankung um die Dicke (T) von höchstens 30 ym
aufzeigt,
wobei die Dicke (T) zwischen einschließlich 0,3 mm und 3 mm liegt .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fräsen im Schritt B) nur von einer Seite des
Metallblatts (51) erfolgt, und
wobei nach dem Schritt G) noch Frässpuren (8) an den
Zwischenstücken (31, 32) sichtbar sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren im Schritt C) ein Stanzen ist.
13. Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen
Bauelementen (1), wobei
- die Bauelemente (1) je ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil (2) aufweisen, das an einer Montageseite (20) mindestens zwei elektrische Kontaktflächen (21, 22) umfasst, - die Bauelemente (1) je einen Sockel (3) umfassen, der ein Leiterrahmen ist,
- die Sockel je mindestens zwei metallische Zwischenstücke (31, 32) aufweisen,
- jedes der Zwischenstücke (31, 32) direkt an einer der
Kontaktflachen (21, 22) befestigt ist,
- elektrische Anschlussflächen (41, 42) zur externen
elektrischen Kontaktierung der Halbleiterbauteile (2) je durch dem betreffenden Halbleiterbauteil (2) abgewandte
Unterseiten der Zwischenstücke (31, 32) gebildet sind,
- ein Quotient aus einer Dicke (T) der Zwischenstücke (31,
32) und einem Abstand (W) zwischen den Zwischenstücken (31, 32) innerhalb der Bauelemente (1) in Richtung parallel zur Montageseite (20) je zwischen einschließlich 3 und 20 liegt,
- die Zwischenstücke (31, 32) je eine Deckplatte (37) und eine Bodenplatte (38) sowie dazwischenliegende Abstandshalter (39) umfassen, sodass die Sockel (3) je ein zusammengesetzter Leiterrahmen sind,
- die Abstandshalter (39) je durch mit einer durchgehenden Lotbeschichtung (72) versehene Metallkerne (74) gebildet sind, und
das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:
A*) Strukturieren der Deckplatten (37) und der Bodenplatten (38) für die Zwischenstücke (31, 32),
C*) Bereitstellen (51) der Abstandshalter (39) und Verbinden der Abstandshalter (39) mit den Deckplatten (37) und den Bodenplatten (38),
F) Aufbringen einer Vielzahl der Halbleiterbauteile (2) auf die Zwischenstücke (31, 32), und
G) Vereinzeln zu den Bauelementen (1) .
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei bei in einem Schritt B*) zwischen den Schritten A) und C) mindestens ein Formkörper (73) aus einem Kunststoff ausgebildet wird, wobei der Formkörper (73) die Deckplatten (37) und die Bodenplatten (38) eines Sockels (3) mechanisch miteinander verbindet,
wobei der mindestens eine Formkörper (73) ein Bestandteil des fertigen Sockels (3) ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflachen (21, 22) deckungsgleich auf die Zwischenstücke (31, 32) aufgebracht werden, sodass die
Kontaktflachen (21, 22) und die Zwischenstücke (31, 32) in Draufsicht gesehen gleich groß sind.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallblatt (51) aus Kupfer oder aus einer
Kupferlegierung ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterbauteile (2) durch Leuchtdioden und/oder durch Fotodetektoren gebildet werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauelemente (1) nach dem Schritt G) in einem
Schritt H) auf einen externen Träger (7) aufgebracht werden, wobei der externe Träger (7) eine starre oder eine flexible Leiterplatte ist.
19. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei zusätzlich zu dem mindestens einen Halbleiterbauteil (1) zumindest eine weitere Halbleiterkomponente (71) auf den externen Träger (7) aufgebracht wird, und
wobei das Bauelement (1) aufgrund des Sockels (3) mit einer Toleranz von höchstens 40 ym genauso dick ist wie die
Halbleiterkomponente (71).
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