WO2021239872A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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Tobias Gebuhr
Jan Seidenfaden
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/06825—Protecting the laser, e.g. during switch-on/off, detection of malfunctioning or degradation

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component and a method for producing an optoelectronic semiconductor component are specified.
  • the optoelectronic semiconductor component is set up in particular to generate electromagnetic radiation, for example light that is perceptible to the human eye.
  • One problem to be solved consists in specifying an optoelectronic semiconductor component which has improved efficiency.
  • Another object to be solved consists in specifying a method for producing an optoelectronic semiconductor component which enables simplified production.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a lead frame with a first mounting surface.
  • the lead frame is preferably formed with an electrically conductive material.
  • the lead frame is formed, for example, with copper, in particular with highly etched copper, with a NiPdAu coating or a NiAg coating.
  • the mounting surface is preferably a main surface of the lead frame and is provided for mounting further components on the lead frame.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor chip which is arranged on the first mounting surface and has an emission surface.
  • the semiconductor chip comprises in particular an active area which has a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • the semiconductor chip is preferably a laser diode or a light-emitting diode.
  • the emission surface of the semiconductor chip is provided for coupling out at least part of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor chip during operation.
  • the semiconductor chip is an edge-emitting component which emits electromagnetic radiation through one of its side faces that are inclined to the main direction of extent.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises an optical element.
  • the optical element is formed from a radiation-permeable material.
  • the optical element is preferably set up for deflecting or for beam shaping of electromagnetic radiation.
  • the optical element is, for example, a prism or a lens.
  • the optical element comprises, for example, a coupling-out surface through which at least part of the electromagnetic radiation coupled into the optical element is coupled out.
  • the optical element comprises a lateral mounting surface which is oriented transversely, preferably perpendicularly, to the coupling-out surface.
  • the optical element comprises two lateral ones aligned parallel to one another Mounting surfaces that limit the lateral extent of the optical element on each side.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a molded body.
  • the molded body is formed in particular with a plastic material.
  • the molded body is formed with an epoxy or silicone compound. Epoxy and silicone materials are particularly easy to process and sufficiently resistant to external environmental influences such as moisture or oxygen.
  • the material of the molded body is preferably designed to be radio-opaque.
  • the molded body is, for example, a mechanically load-bearing part of the optoelectronic semiconductor component and thus contributes to increasing the mechanical stability of the optoelectronic semiconductor component.
  • the optical element has a coupling-in area which is oriented transversely to the first mounting area.
  • the coupling area is designed in particular to couple electromagnetic radiation from the semiconductor chip into the optical element.
  • the coupling surface is preferably aligned perpendicular to the first mounting surface.
  • the semiconductor chip is set up to emit electromagnetic radiation through the emission surface, the beam axis of which runs parallel to the first mounting surface.
  • the electromagnetic radiation spreads in the form of a radiation cone, for example.
  • the beam axis of the electromagnetic radiation is the axis of the radiation cone.
  • the optical element deflects electromagnetic radiation of the semiconductor chip that is coupled in via the coupling surface.
  • electromagnetic radiation is emitted transversely, in particular perpendicularly, to the first mounting surface.
  • the molded body is molded onto the leadframe and has an adjustment surface that is transverse to the first mounting surface.
  • the shaped body is preferably in direct contact with the lead frame.
  • a contour of the adjustment surface is matched to a contour of the optical element.
  • a contour means, for example, a waviness, a curvature or some other three-dimensional shape of a surface.
  • the optical element and the adjustment surface are in direct contact with one another.
  • the optical element is relative with the aid of the adjustment surface adjusted to the shaped body.
  • a spatial position of the optical element relative to the first mounting surface and thus also relative to the semiconductor chip is set, for example, with the aid of the direct arrangement of the optical element on the adjustment surface of the molded body.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises:
  • a lead frame with a first mounting surface, a semiconductor chip arranged on the first mounting surface and having an emission surface, an optical element, and a molded body, wherein
  • the optical element has a coupling surface that is aligned transversely to the first mounting surface
  • the semiconductor chip is set up to emit electromagnetic radiation through the emission surface, the beam axis of which runs parallel to the first mounting surface,
  • the optical element deflects electromagnetic radiation of the semiconductor chip coupled in via the coupling surface
  • the molded body is molded onto the lead frame and has an adjustment surface transversely to the first mounting surface
  • the optical element and the adjustment surface are in direct contact with one another.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is based, inter alia, on the following considerations: In the production of semiconductor components with a semiconductor chip and a downstream optical element, complex adjustment of the optical element relative to the semiconductor component is usually necessary in order to be as loss-free as possible To ensure coupling of electromagnetic radiation from the semiconductor chip into the optical element.
  • a tilted or oblique coupling of electromagnetic radiation into the optical element leads to a likewise oblique and / or tilted coupling out of electromagnetic radiation from the optical element and thus to a defective semiconductor component.
  • the adjustment takes place, for example, by means of mechanical manipulation of an optical element, which, however, is time-consuming.
  • the optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea of molding a molded body, which has an adjustment surface, onto a leadframe.
  • the optical element is assembled, the optical element, more precisely, a side surface of the optical element, is brought into direct contact with the adjustment surface.
  • the optical element is automatically adjusted relative to the lead frame and thus also to a semiconductor chip mounted on the lead frame.
  • manual adjustment of the optical element relative to the semiconductor chip can advantageously be dispensed with.
  • the arrangement of the molded body with the adjustment surface and the optical element is self-adjusting.
  • the molded body has a cavity.
  • the cavity extends to the first mounting surface.
  • the semiconductor chip is arranged in the cavity.
  • the cavity is particularly effective in protecting the semiconductor chip mechanical damage.
  • the cavity preferably projects beyond the semiconductor chip in a direction perpendicular to the first mounting surface.
  • a side surface of the cavity is designed as an adjustment surface. This enables a particularly simple production of the adjustment surface.
  • the optical element is in direct contact both with the adjustment surface and with the emission surface.
  • a direct contact between two bodies is to be understood, for example, as full-surface contact or also as at least partial contact.
  • Such an assembly is advantageous, for example, in order to achieve a direct coupling of electromagnetic radiation from the semiconductor chip into the optical element.
  • the optical element is in direct contact both with the adjustment surface and with the first mounting surface.
  • a particularly gentle assembly of the optical element is thus possible, in which the emission surface of the semiconductor chip is not touched by the optical element.
  • a semiconductor chip with a mechanically particularly sensitive emission surface can also advantageously be used.
  • the optical element is on the first by means of an adhesive layer Mounting surface or the adjustment surface or at least one lateral mounting surface is connected to the optoelectronic semiconductor component.
  • the adhesive layer is formed with an adhesive, for example. A mechanically particularly robust connection of the optical element in the optoelectronic semiconductor component can be achieved by means of the adhesive layer.
  • a radiation-permeable encapsulation compound is arranged between the emission surface and the optical element.
  • the encapsulation compound preferably has a particularly high radiation permeability.
  • the encapsulation compound protects the emission surface from damage.
  • the refractive index of a region between the optical element and the semiconductor chip is also adapted to the refractive indices of the optical element and / or the semiconductor chip.
  • a refractive index of the encapsulation compound lies between a refractive index of the semiconductor chip and a refractive index of the optical element.
  • the optical element deflects the beam axis of the electromagnetic radiation by an angle of at least 85 ° and at most 95 °.
  • the optical element preferably deflects the beam axis of the coupled-in radiation by an angle of 90 °.
  • the electromagnetic radiation is thus decoupled from the optical element in a direction perpendicular to the first mounting surface, in particular parallel to a normal vector of the first mounting surface.
  • an emission takes place parallel to the first mounting surface and perpendicular to a direction in which the radiation emerges from the semiconductor chip, in order to generate a so-called side-looker component.
  • the beam axis is thus deflected by 90 °, for example, and lies in a plane parallel to the first mounting surface.
  • the adjustment surface forms an angle of at least 130 ° and of at most 140 ° with the first mounting surface.
  • the adjustment surface preferably encloses an angle of 135 ° with the first mounting surface. Such an angle enables a particularly simple installation of a 90 ° deflecting prism on the adjustment surface.
  • the cavity is filled with a potting compound.
  • the potting compound is in particular radio-opaque.
  • the potting compound protects the semiconductor chip and the optical element from external environmental influences.
  • the potting compound gives the optoelectronic semiconductor component increased mechanical stability.
  • a radiopaque potting compound contributes in particular to the fact that a Coupling out of electromagnetic radiation is advantageously limited to the optical element.
  • the potting compound ends flush with an upper edge of the cavity. This enables an essentially flat surface of the optoelectronic semiconductor component to be formed at the level of the upper edge of the cavity. This advantageously facilitates an arrangement of further optical components on the optoelectronic semiconductor component.
  • the leadframe has a second mounting area which is opposite the first mounting area and which is free from the material of the molded body.
  • Such an exposed second mounting surface enables a particularly simple surface mounting of the optoelectronic semiconductor component. In this way, particularly simple electrical contacting and particularly good dissipation of heat from the optoelectronic semiconductor component can advantageously take place.
  • the semiconductor chip comprises a carrier body formed with ceramic.
  • the carrier body is provided, for example, for mechanical and electrical contacting of the semiconductor chip with the lead frame.
  • Ceramic has a particularly high thermal conductivity and thus serves to improve heat dissipation from the semiconductor chip.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component described here is also specified. All of the features disclosed in connection with the method are also disclosed for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
  • a lead frame is provided with a first mounting surface.
  • the lead frame is produced from a metal sheet by means of a stamping process.
  • the first mounting surface is preferably a main surface of the lead frame.
  • a molded body is molded onto the lead frame in such a way that an adjustment surface is formed transversely to the first mounting surface.
  • the molded body is produced in particular with direct contact with the lead frame.
  • a semiconductor chip is mounted on the first mounting surface.
  • an optical element is arranged on the adjustment surface by bringing the adjustment surface into direct contact with a side surface of the optical element and aligning the optical element with reference to the semiconductor chip using the adjustment surface.
  • the optical element is aligned relative to the lead frame and thus to the semiconductor chip with the aid of the adjustment surface of the molded body.
  • a cavity is formed in the molded body which extends as far as the first mounting surface.
  • the semiconductor chip is mounted in the cavity.
  • the cavity is preferably formed during the manufacture of the molded body.
  • the cavity is already provided in a mold for the production of the molded body.
  • the molded body is molded on by means of a transfer molding method.
  • Transfer molding is particularly suitable for forming a cavity with the simultaneous formation of the molded body.
  • a chemical and / or mechanical cleaning step takes place which removes residues of the molded body from the first mounting surface.
  • Such a cleaning step facilitates subsequent electrical contacting of components, such as the semiconductor chip, on the first mounting surface.
  • the semiconductor chip is assembled by means of gluing, sintering or soldering.
  • Gluing, sintering and soldering are processes that result in a good electrical and thermal connection between the semiconductor chip and the lead frame.
  • the cavity is filled with a potting compound by means of jetting or dispensing. Jetting or dispensing enables the cavity to be filled with the potting compound particularly quickly and precisely.
  • each of the method steps for production in a wafer assembly is carried out on a plurality of optoelectronic semiconductor components, in particular simultaneously.
  • the parallel processing of a plurality of optoelectronic semiconductor components in a wafer assembly makes it possible to produce a particularly large number of items in a method that can be carried out easily and quickly.
  • the semiconductor components are separated by means of a sawing process or a laser cutting process. In this way, a gentle and particularly precise separation of the individual optoelectronic semiconductor components is advantageously achieved.
  • the lead frame has a second mounting surface opposite the first mounting surface, and the molded body is molded onto the lead frame in such a way that the second mounting surface remains free of material from the molded body.
  • Semiconductor component is particularly suitable for use as a high-power laser diode, for example in video projection applications or 3D printers.
  • FIGS. 1A to IE are perspective schematic representations of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a first exemplary embodiment in various intermediate stages during a method for its production,
  • FIG. 2 shows a perspective schematic illustration of a section of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a second exemplary embodiment
  • Figure 3 is a perspective schematic
  • FIG. 4 shows a schematic view of a plurality of optoelectronic semiconductor components described here in accordance with the first exemplary embodiment in a wafer assembly.
  • Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures.
  • the figures and the proportions of the elements shown in the figures are fundamentally not to be considered to be true to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better displayability and / or for better understanding.
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of an optoelectronic semiconductor component 1 described here in accordance with a first exemplary embodiment in a first stage of the method for its production.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 comprises a leadframe 20 with a first mounting surface 20A, which is partially surrounded by a molded body 40 in such a way that the mounting surface 20A and an adjacent bonding surface 20C, for example for electrical connection wires 80 (see FIG. IC), are exposed.
  • the lead frame 20 is provided, for example, by a stamping process.
  • the molded body 40 comprises an adjustment surface 40A and laterally completely surrounds the lead frame 20.
  • the molded body 40 is molded onto the lead frame 20 in such a way that the adjustment surface is formed transversely to the first mounting surface.
  • a cavity 41 is introduced which penetrates the molded body 40 completely and extends to the first mounting surface 20A and bonding surface 20C.
  • the molded body 40 is molded onto the leadframe 20 by means of transfer molding. Any residues or remnants of the molded body 40 are from the first mounting surface 20A and already removed from the bonding surface 20C by means of a chemical and / or mechanical cleaning step.
  • FIG. 1B shows the first exemplary embodiment in a second stage of a method for its production.
  • a semiconductor chip 10 with a carrier body 70 is mounted in the cavity 41 on the first mounting surface 20A of the leadframe 20.
  • the carrier body 70 is fastened to the mounting surface 20A of the leadframe 20 by means of soldering, sintering or gluing.
  • a protective diode 11 is arranged on the carrier body 70 next to the semiconductor chip 10.
  • the protective diode 11 serves to protect the semiconductor chip 10 from damage caused by electrostatic discharges.
  • FIG. 1C shows the first exemplary embodiment in a third stage of a method for its production.
  • a plurality of bonding wires 80 are provided, via which the semiconductor chip 10, the carrier body 70 and the protective diode 11 are connected to the leadframe 20 in an electrically conductive manner.
  • the bonding wires 80 are formed with gold, for example.
  • FIG. ID shows the first exemplary embodiment in a fourth stage of a method for its production.
  • an optical element 30 is mounted in the cavity 41 of the molded body 40.
  • the optical element 30 is a deflecting prism which was introduced into the cavity 41 along an adjustment surface 40A of the molded body 40.
  • One side surface of the cavity 41 is formed as the adjustment surface 40A.
  • the optical element 30 comprises a side surface 30C which rests directly on the adjustment surface 40A of the molded body 40. The optical element 30 was thus aligned relative to the molded body 40 and thus also to the semiconductor chip 10 with the aid of the adjustment surface 40A.
  • the optical element 30 comprises a coupling-in surface 30A which is oriented in such a way that electromagnetic radiation from the semiconductor chip 10, which emerges from the semiconductor chip 10 via the emission surface 10A, is coupled into the optical element.
  • the optical element 30 further comprises a decoupling surface 30B through which a large part of the electromagnetic radiation exits the optical element 30.
  • the leadframe 20 has a second mounting surface 20B opposite the first mounting surface 20A, which is free of the material of the molded body 40.
  • Surface mounting of the optoelectronic semiconductor component 1 via the second mounting surface 20B is therefore advantageous of the lead frame 20 allows.
  • the optical element 30 is in direct contact with the adjustment surface 40A and the first mounting surface 20A of the lead frame 20.
  • the optical element 30 is therefore not in contact with the emission surface 10A of the semiconductor chip 10. This is particularly advantageous if the semiconductor chip 10 has an emission surface 10A which is sensitive to mechanical contact.
  • FIG. IE shows the first exemplary embodiment in a fifth stage of a method for its production.
  • a potting compound 60 is filled into the cavity 41 of the molded body 40.
  • the filling is preferably done with the Potting compound 60 by means of jetting or dispensing.
  • the potting compound 60 ends flush with the front side of the molded body 40 and the coupling-out surface 30B of the optical element 30. This advantageously creates a flat surface of the optoelectronic semiconductor component 1, which simplifies the rearrangement of further optical elements.
  • the coupling-out surface 30B of the optical element 30 is free of the material of the potting compound 60.
  • the potting compound 60 is opaque to radiation and is formed, for example, with an epoxy material provided with reflective or absorbent filler. As a result, an exit of electromagnetic radiation is advantageously limited to the coupling-out surface 30B of the optical element 30. An undesired lateral exit of scattered radiation is thus avoided.
  • the potting compound 60 also leads to an additional mechanical stabilization of the optical element 30 and also protects the semiconductor chip 10 from external environmental influences.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 2 essentially corresponds to the first exemplary embodiment. It differs from the first exemplary embodiment in particular in that an encapsulation compound 50 is located between the emission surface 10A of the semiconductor chip 10 and the optical element 30.
  • the encapsulation compound 50 is formed with a highly transparent, radiation-permeable material.
  • the encapsulation compound is preferably formed with a silicone.
  • the encapsulation compound 50 protects both the emission surface 10A of the semiconductor chip 10 and the coupling surface 30A of the optical element 30 from external environmental influences.
  • the encapsulation compound 50 is designed such that its refractive index is between the refractive index of the optical element 30 and the refractive index of the semiconductor chip 10.
  • the optical element is made of glass, for example, and has a refractive index of 1.4.
  • the semiconductor chip is formed with silicon or GaAs, for example, and has a refractive index between 3.6 and 3.9.
  • a gradual transition from the refractive index of the semiconductor chip 10 to the refractive index of the optical element 30 is consequently achieved.
  • a jump in the refractive index between the semiconductor chip 10 and the optical element 30 is advantageously reduced and better optical coupling into the optical element can be achieved.
  • the optical element 30 comprises lateral mounting surfaces 30D.
  • the lateral mounting surfaces 30D are aligned parallel to one another and each perpendicular to the coupling-in surface 30A and the coupling-out surface 30B.
  • an adhesive is arranged between the potting compound 60 and the side mounting surfaces 30D in order to improve mechanical stabilization.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 3 essentially corresponds to the first exemplary embodiment. It differs from the first exemplary embodiment in particular in that the coupling surface 30A of the optical element 30 is at least in places in direct contact with the emission surface 10A and forms a direct transition to the semiconductor chip 10.
  • the optical element 30 is thus in direct contact with the adjustment surface 40A of the molded body 40 and the emission surface 10A of the semiconductor chip 10 via its side surface 30C.
  • the optical element 30 is automatically adjusted to a zero distance between its coupling surface 30A and the emission surface 10A of the semiconductor chip 10.
  • An interfering air gap between the emission surface 10A of the semiconductor chip 10 and the coupling surface 30A of the optical element 30 is advantageously reduced or avoided.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a plurality of optoelectronic semiconductor components 1 described here in accordance with the first exemplary embodiment in a wafer assembly.
  • the plurality of semiconductor components 1 is arranged in a uniform grid.
  • the optoelectronic semiconductor components 1 are subsequently separated along the sawing lines shown in broken lines in FIG. 4 by means of a sawing process or a laser cutting process. In this way, a plurality of optoelectronic semiconductor components 1 is preferably produced simultaneously in a particularly simple manner.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben, das einen Leiterrahmen(20) mit einer ersten Montagefläche (20A), einen auf der ersten Montagefläche(20A) angeordneten Halbleiterchip (10) mit einer Emissionsfläche (10A), ein optisches Element (30) und einen Formkörper (40) umfasst. Das optische Element (30) weist eine Einkoppelfläche (30A) auf, die quer zur ersten Montagefläche (20A) ausgerichtet ist. Der Halbleiterchip (10) ist zur Emission von elektromagnetischer Strahlung durch die Emissionsfläche (10A) eingerichtet, deren Strahlachse parallel zur ersten Montagefläche (20A) verläuft. Das optische Element (30) lenkt eine über die Einkoppelfläche (30A) eingekoppelte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips (10) um. Der Formkörper (40) ist an den Leiterrahmen (20) angeformt und weist quer zur ersten Montagefläche (20A) eine Justagefläche (40A) auf. Das optische Element (30) und die Justagefläche (40A) stehen in direktem Kontakt zueinander. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Leiterrahmen mit einer ersten Montagefläche. Der Leiterrahmen ist bevorzugt mit einem elektrisch leitfähigen Material gebildet. Der Leiterrahmen ist beispielsweise mit Kupfer, insbesondere mit hochgeätztem Kupfer, mit einer NiPdAu-Beschichtung oder einer NiAg-Beschichtung gebildet. Die Montagefläche ist vorzugsweise eine Hauptfläche des Leiterrahmens und zur Montage von weiteren Bauteilen auf dem Leiterrahmen vorgesehen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen auf der ersten Montagefläche angeordneten Halbleiterchip mit einer Emissionsfläche. Der Halbleiterchip umfasst insbesondere einen aktiven Bereich, der einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur (SQW, single quantum well) oder eine MehrfachquantentopfStruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweist.
Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode. Die Emissionsfläche des Halbleiterchips ist zur Auskopplung von zumindest einem Teil der in dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen. Beispielsweise ist der Halbleiterchip ein kantenemittierendes Bauelement, das elektromagnetische Strahlung durch eine seiner schräg zur Haupterstreckungsrichtung stehenden Seitenflächen emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein optisches Element. Das optische Element ist mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Bevorzugt ist das optische Element zur Umlenkung oder zur Strahlformung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet. Das optische Element ist zum Beispiel ein Prisma oder eine Linse. Das optische Element umfasst beispielsweise eine Auskoppelfläche, durch die zumindest ein Teil der in das optische Element eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird. Insbesondere umfasst das optische Element eine seitliche Montagefläche, die quer, bevorzugt senkrecht, zur Auskoppelfläche ausgerichtet ist. Beispielsweise umfasst das optische Element zwei parallel zueinander ausgerichtete seitliche Montageflächen, die das optische Element seitenweise in seiner lateralen Ausdehnung begrenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Formkörper. Der Formkörper ist insbesondere mit einem Kunststoffmaterial gebildet. Beispielsweise ist der Formkörper mit einem Epoxid- oder Silikon-Compound gebildet. Epoxid- und Silikonmaterialien sind besonders einfach zu verarbeiten und hinreichend beständig gegenüber äußeren Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Sauerstoff. Bevorzugt ist das Material des Formkörpers strahlungsundurchlässig ausgebildet. Der Formkörper ist beispielsweise ein mechanisch tragendes Teil des optoelektronischen Halbleiterbauelements und trägt somit zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optische Element eine Einkoppelfläche auf, die quer zur ersten Montagefläche ausgerichtet ist. Die Einkoppelfläche ist insbesondere zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterchip in das optische Element eingerichtet.
Bevorzugt ist die Einkoppelfläche senkrecht zur ersten Montagefläche ausgerichtet.
Die Begriffe „senkrecht" und „parallel" sind hier und im Folgenden als im Rahmen einer Herstellungstoleranz senkrecht oder parallel zu verstehen. Geringe Abweichungen sind im Rahmen der Herstellungstoleranzen tolerierbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Halbleiterchip zur Emission von elektromagnetischer Strahlung durch die Emissionsfläche eingerichtet, deren Strahlachse parallel zur ersten Montagefläche verläuft. Die elektromagnetische Strahlung breitet sich beispielsweise in der Form eines Abstrahlkegels aus. Die Strahlachse der elektromagnetischen Strahlung ist im Zweifel die Achse des Abstrahlkegels. Vorteilhaft ermöglicht dies eine besonders einfache Montage eines Halbleiterchips, der als kantenemittierende Laserdiode ausgeführt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements lenkt das optische Element eine über die Einkoppelfläche eingekoppelte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips um. Beispielsweise erfolgt so eine Emission von elektromagnetischer Strahlung quer, insbesondere senkrecht zur ersten Montagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Formkörper an den Leiterrahmen angeformt und weist eine zur ersten Montagefläche quer stehende Justagefläche auf. Der Formkörper ist bevorzugt in direktem Kontakt mit dem Leiterrahmen. Bei zumindest einer Ausführungsform ist eine Kontur der Justagefläche auf eine Kontur des optischen Elements abgestimmt. Eine Kontur meint hier und im Folgenden beispielsweise eine Welligkeit, eine Wölbung oder eine anderweitige dreidimensionale Form einer Fläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements stehen das optische Element und die Justagefläche in direktem Kontakt zueinander. Insbesondere ist das optische Element mit Hilfe der Justagefläche relativ zu dem Formkörper justiert. Eine räumliche Lage des optischen Elements relativ zur ersten Montagefläche und somit auch relativ zu dem Halbleiterchip wird beispielsweise mit Hilfe der direkten Anordnung des optischen Elements an der Justagefläche des Formkörpers eingestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement :
- einen Leiterrahmen mit einer ersten Montagefläche, einen auf der ersten Montagefläche angeordneten Halbleiterchip mit einer Emissionsfläche, ein optisches Element, und einen Formkörper, wobei
- das optische Element eine Einkoppelfläche aufweist, die quer zur ersten Montagefläche ausgerichtet ist,
- der Halbleiterchip zur Emission von elektromagnetischer Strahlung durch die Emissionsfläche eingerichtet ist, deren Strahlachse parallel zur ersten Montagefläche verläuft,
- das optische Element eine über die Einkoppelfläche eingekoppelte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips umlenkt,
- der Formkörper an den Leiterrahmen angeformt ist und quer zur ersten Montagefläche eine Justagefläche aufweist, und
- das optische Element und die Justagefläche in direktem Kontakt zueinander stehen.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einem Halbleiterchip sowie einem nachgeordneten optischen Element ist in der Regel eine aufwändige Justage des optischen Elements relativ zum Halbleiterbauelement nötig, um eine möglichst verlustfreie Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterchip in das optische Element zu gewährleisten.
Eine verkippte oder schräge Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in das optische Element führt zu einer ebenfalls schrägen und/oder verkippten Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optischen Element und somit zu einem fehlerhaften Halbleiterbauelement. Die Justage erfolgt beispielsweise mittels mechanischer Manipulation eines optischen Elements, was jedoch zeitintensiv ist.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, einen Formkörper, der eine Justagefläche aufweist, an einen Leiterrahmen anzuformen. Bei einer Montage des optischen Elements wird das optische Element, genauer gesagt, eine Seitenfläche des optischen Elements, in direkten Kontakt mit der Justagefläche gebracht .
Mit Hilfe der Justagefläche erfolgt eine automatische Justage des optischen Elements relativ zu dem Leiterrahmen und somit auch zu einem auf dem Leiterrahmen montierten Halbleiterchip. Vorteilhaft ist dadurch eine manuelle Justage des optischen Elements relativ zum Halbleiterchip verzichtbar. Die Anordnung aus Formkörper mit Justagefläche und optischem Element ist selbstjustierend.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Formkörper eine Kavität auf. Die Kavität erstreckt sich bis zur ersten Montagefläche. Der Halbleiterchip ist in der Kavität angeordnet. Die Kavität trägt zum Schutz des Halbleiterchips insbesondere vor mechanischen Beschädigungen bei. Bevorzugt überragt die Kavität den Halbleiterchip in einer Richtung senkrecht zur ersten Montagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine Seitenfläche der Kavität als Justagefläche ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Justagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements steht das optische Element in direktem Kontakt sowohl mit der Justagefläche als auch mit der Emissionsfläche. Ein direkter Kontakt zwischen zwei Körpern ist beispielsweise als vollflächiger Kontakt oder auch als zumindest stellenweiser Kontakt zu verstehen.
Damit ist eine besonders einfache Montage des optischen Elements ohne einen Abstand zu der Emissionsfläche des Halbleiterchips ermöglicht. Eine derartige Montage ist beispielsweise vorteilhaft, um eine direkte Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterchip in das optische Element zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das optische Element in direktem Kontakt sowohl mit der Justagefläche als auch mit der ersten Montagefläche. Damit ist eine besonders schonende Montage des optischen Elements möglich, bei der die Emissionsfläche des Halbleiterchips von dem optischen Element nicht berührt wird. So ist vorteilhaft auch ein Halbleiterchip mit einer mechanisch besonders empfindlichen Emissionsfläche verwendbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische Element mittels einer Haftschicht auf der ersten Montagefläche oder der Justagefläche oder zumindest einer seitlichen Montagefläche mit dem optoelektronischen Halbleiterbauelement verbunden ist. Die Haftschicht ist beispielsweise mit einem Klebstoff gebildet. Mittels der Haftschicht kann eine mechanisch besonders robuste Verbindung des optischen Elements in dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine strahlungsdurchlässige Verkapselungsmasse zwischen der Emissionsfläche und dem optischen Element angeordnet. Die Verkapselungsmasse weist bevorzugt eine besonders hohe Strahlungsdurchlässigkeit auf. Die Verkapselungsmasse schützt die Emissionsfläche vor Beschädigungen .
Mit Hilfe der Verkapselungsmasse ist zudem beispielsweise der Brechungsindex eines Bereichs zwischen dem optischen Elements und des Halbleiterchips an die Brechungsindizes des optischen Elements und/oder des Halbleiterchips angepasst. Insbesondere liegt ein Brechungsindex der Verkapselungsmasse zwischen einem Brechungsindex des Halbleiterchips und einem Brechungsindex des optischen Elements. So wird vorteilhaft eine besonders verlustarme Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in das optische Element erreicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bewirkt das optische Element eine Umlenkung der Strahlachse der elektromagnetischen Strahlung um einen Winkel von mindestens 85° und höchstens 95°. Vorzugsweise lenkt das optische Element die Strahlachse der eingekoppelten Strahlung um einen Winkel von 90° um. Beispielsweise erfolgt somit die Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung aus dem optischen Element in einer Richtung senkrecht zur ersten Montagefläche, insbesondere parallel zu einem Normalenvektor der ersten Montagefläche .
Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Emission parallel zur ersten Montagefläche und senkrecht zu einer Richtung in der die Strahlung aus dem Halbleiterchip austritt, zur Erzeugung eines sogenannten Side-Looker- Bauelements. Die Strahlachse ist somit beispielsweise um 90° umgelenkt und liegt in einer Ebene parallel zur ersten Montagefläche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements schließt die Justagefläche einen Winkel von mindestens 130° und von höchstens 140° mit der ersten Montagefläche ein. Vorzugsweise schließt die Justagefläche einen Winkel von 135° mit der ersten Montagefläche ein. Ein derartiger Winkel ermöglicht eine besonders einfache Montage eines 90°-Umlenkprismas auf der Justagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Kavität mit einer Vergussmasse befüllt. Die Vergussmasse ist insbesondere strahlungsundurchlässig. Die Vergussmasse schützt den Halbleiterchip und das optische Element vor äußeren Umwelteinflüssen. Insbesondere verleiht die Vergussmasse dem optoelektronischen Halbleiterbauelement eine erhöhte mechanische Stabilität. Eine strahlungsundurchlässige Vergussmasse trägt insbesondere dazu bei, dass eine Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung vorteilhaft auf das optische Element begrenzt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements schließt die Vergussmasse bündig mit einer Oberkante der Kavität ab. Dies ermöglicht die Ausbildung einer im Wesentlichen ebenen Fläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf Höhe der Oberkante der Kavität. Dadurch ist eine Anordnung von weiteren optischen Bauteilen auf dem optoelektronischen Halbleiterbauelement vorteilhaft erleichtert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Leiterrahmen eine der ersten Montagefläche gegenüberliegende zweite Montagefläche auf, die frei von Material des Formkörpers ist. Eine derartige freiliegende zweite Montagefläche ermöglicht eine besonders einfache Oberflächenmontage des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Vorteilhaft können so eine besonders einfache elektrische Kontaktierung und eine besonders gute Ableitung von Wärme aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Halbleiterchip einen mit Keramik gebildeten Trägerkörper. Der Trägerkörper ist beispielsweise zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips mit dem Leiterrahmen vorgesehen. Keramik weist eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf und dient so einer verbesserten Entwärmung des Halbleiterchips. Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Sämtliche im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines Leiterrahmens mit einer ersten Montagefläche. Beispielsweise wird der Leiterrahmen mittels eines Stanzverfahrens aus einem Metallblech hergestellt. Bevorzugt ist die erste Montagefläche eine Hauptfläche des Leiterrahmens .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Anformen eines Formkörpers an den Leiterrahmen, derart, dass eine Justagefläche quer zur ersten Montagefläche ausgebildet wird. Der Formkörper wird insbesondere mit direktem Kontakt mit dem Leiterrahmen hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Montieren eines Halbleiterchips auf der ersten Montagefläche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Anordnen eines optischen Elements an der Justagefläche, indem die Justagefläche mit einer Seitenfläche des optischen Elements in direkten Kontakt gebracht wird und das optische Element anhand der Justagefläche in Bezug auf den Halbleiterchip ausgerichtet wird. Insbesondere wird das optische Element mit Hilfe der Justagefläche des Formkörpers relativ zu dem Leiterrahmen und somit zu dem Halbleiterchip ausgerichtet . Besonders bevorzugt wird ein derartiges Verfahren zu einer parallelen Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen eingesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in dem Formkörper eine Kavität ausgebildet, die sich bis zu der ersten Montagefläche erstreckt. Der Halbleiterchip wird in der Kavität montiert. Vorzugsweise erfolgt die Ausbildung der Kavität bei der Herstellung des Formkörpers. Beispielsweise ist in einer Form für die Herstellung des Formkörpers bereits die Kavität vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anformen des Formkörpers mittels eines Transfer-Molding- Verfahrens. Transfer-Molding ist insbesondere geeignet zur Ausbildung einer Kavität bei gleichzeitiger Ausbildung des Formkörpers .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Anformen des Formkörpers ein chemischer und/oder mechanischer Reinigungsschritt, der Reste des Formkörpers von der ersten Montagefläche entfernt. Ein derartiger Reinigungsschritt erleichtert eine nachfolgende elektrische Kontaktierung von Bauteilen, wie beispielsweise des Halbleiterchips, auf der ersten Montagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Montage des Halbleiterchips mittels Kleben, Sintern oder Löten. Kleben, Sintern und Löten sind Verfahren, die eine gute elektrische und thermische Anbindung des Halbleiterchips an den Leiterrahmen ergeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Kavität mittels Jetten oder Dispensen mit einer Vergussmasse befällt. Jetten oder Dispensen ermöglicht eine besonders schnelle und präzise Befüllung der Kavität mit der Vergussmasse .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird jeder der Verfahrensschritte zur Herstellung in einem Waferverbund an einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen insbesondere gleichzeitig ausgeführt. Die parallele Bearbeitung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen in einem Waferverbund ermöglicht es, eine besonders hohe Stückzahl in einem einfach und schnell durchführbaren Verfahren herzustellen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Abschluss aller Verfahrensschritte in einem Waferverbund zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ein Vereinzeln der Halbleiterbauelemente mittels eines Sägeprozesses oder eines Lasertrennprozesses. Damit wird vorteilhaft eine schonende und besonders präzise Vereinzelung der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Leiterrahmen eine der ersten Montagefläche gegenüberliegende zweite Montagefläche auf und der Formkörper wird derart an den Leiterrahmen angeformt, dass die zweite Montagefläche frei von Material des Formkörpers bleibt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Oberflächenmontage des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Ein hier beschriebenes optoelektronisches
Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Hochleistungslaserdiode, beispielsweise in Videoprojektionsanwendungen oder 3D-Druckern.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgend im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figuren 1A bis IE perspektivische schematische Darstellungen eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Zwischenstadien während eines Verfahrens zu seiner Herstellung,
Figur 2 eine perspektivische schematische Darstellung eines Ausschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine perspektivische schematische
Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
Figur 4 eine schematische Ansicht einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Waferverbund. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1A zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Stadium des Verfahrens zu seiner Herstellung.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst dabei einen Leiterrahmen 20 mit einer ersten Montagefläche 20A, der derart teilweise von einem Formkörper 40 umgeben ist, dass die Montagefläche 20A und eine daneben liegende Bondfläche 20C, beispielsweise für elektrische Anschlussdrähte 80 (siehe Figur IC), frei liegen. Der Leiterrahmen 20 ist beispielsweise durch ein Stanzverfahren bereitgestellt. Der Formkörper 40 umfasst eine Justagefläche 40A und umgibt den Leiterrahmen 20 lateral vollständig.
Der Formkörper 40 ist derart an den Leiterrahmen 20 angeformt, dass die Justagefläche quer zur ersten Montagefläche ausgebildet wird. In dem Formkörper 40 ist eine Kavität 41 eingebracht, die den Formkörper 40 vollständig durchdringt und sich bis zur ersten Montagefläche 20A und Bondfläche 20C erstreckt.
Beispielsweise ist der Formkörper 40 mittels Transfer-Molding an den Leiterrahmen 20 angeformt. Eventuelle Rückstände oder Reste des Formkörpers 40 sind von der ersten Montagefläche 20A und von der Bondfläche 20C mittels eines chemischen und/oder mechanischen Reinigungsschrittes bereits entfernt.
Figur 1B zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem zweiten Stadium eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Hierbei ist ein Halbleiterchip 10 mit einem Trägerkörper 70 in der Kavität 41 auf der ersten Montagefläche 20A des Leiterrahmens 20 montiert. Der Trägerkörper 70 ist mittels Löten, Sintern oder Kleben auf der Montagefläche 20A des Leiterrahmens 20 befestigt. Ferner ist auf dem Trägerkörper 70 neben dem Halbleiterchip 10 eine Schutzdiode 11 angeordnet. Beispielsweise dient die Schutzdiode 11 zum Schutz des Halbleiterchips 10 vor Schäden durch elektrostatische Entladungen .
Figur IC zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem dritten Stadium eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Hierbei ist eine Mehrzahl von Bonddrähten 80 vorgesehen, über die der Halbleiterchip 10, der Trägerkörper 70 und die Schutzdiode 11 mit dem Leiterrahmen 20 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Bonddrähte 80 sind beispielsweise mit Gold gebildet.
Figur ID zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem vierten Stadium eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Hierbei ist ein optisches Element 30 in der Kavität 41 des Formkörpers 40 montiert. Das optische Element 30 ist ein Umlenkprisma, das entlang einer Justagefläche 40A des Formkörpers 40 in die Kavität 41 eingeführt wurde. Eine Seitenfläche der Kavität 41 ist als die Justagefläche 40A ausgebildet. Dadurch lässt sich die Justagefläche 40A besonders stabil und vorteilhaft einfach hersteilen. Das optische Element 30 umfasst eine Seitenfläche 30C, die direkt auf der Justagefläche 40A des Formkörpers 40 aufliegt. Es erfolgte also eine Ausrichtung des optischen Elements 30 relativ zum Formkörper 40 und somit auch zum Halbleiterchip 10 mit Hilfe der Justagefläche 40A. Das optische Element 30 umfasst eine Einkoppelfläche 30A, die derart ausgerichtet ist, dass durch sie elektromagnetische Strahlung vom Halbleiterchip 10, die über die Emissionsfläche 10A aus diesem austritt, in das optische Element einkoppelt. Weiter umfasst das optische Element 30 eine Auskoppelfläche 30B, durch die ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung aus dem optischen Element 30 austritt.
In der in Figur ID gezeigten Schnittdarstellung ist klar erkennbar, dass der Leiterrahmen 20 eine der ersten Montagefläche 20A gegenüberliegende zweite Montagefläche 20B aufweist, die frei ist von dem Material des Formkörpers 40. Vorteilhaft ist somit eine Oberflächenmontage des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 über die zweite Montagefläche 20B des Leiterrahmens 20 ermöglicht.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich das optische Element 30 in direktem Kontakt mit der Justagefläche 40A und der ersten Montagefläche 20A des Leiterrahmens 20. Das optische Element 30 liegt somit nicht an der Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10 an. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Halbleiterchip 10 eine für mechanische Berührungen empfindliche Emissionsfläche 10A aufweist.
Figur IE zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem fünften Stadium eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Hierbei ist eine Vergussmasse 60 in die Kavität 41 des Formkörpers 40 eingefüllt. Bevorzugt geschieht das Befüllen mit der Vergussmasse 60 mittels Jetten oder Dispensen. Die Vergussmasse 60 schließt bündig mit der Vorderseite des Formkörpers 40 und der Auskoppelfläche 30B des optischen Elements 30 ab. Dadurch entsteht vorteilhaft eine ebene Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1, die eine Nachordnung von weiteren optischen Elementen vereinfacht. Die Auskoppelfläche 30B des optischen Elements 30 ist frei von dem Material der Vergussmasse 60.
Die Vergussmasse 60 ist strahlungsundurchlässig und beispielsweise mit einem mit reflektierendem oder absorbierendem Füllstoff versehenen Epoxidmaterial gebildet. Dadurch ist ein Austritt von elektromagnetischer Strahlung vorteilhaft auf die Auskoppelfläche 30B des optischen Elements 30 begrenzt. Ein unerwünschter seitlicher Austritt von gestreuter Strahlung wird somit vermieden. Weiter führt die Vergussmasse 60 zu einer zusätzlichen mechanischen Stabilisierung des optischen Elements 30 und schützt zudem den Halbleiterchip 10 vor äußeren Umwelteinflüssen.
Das in Figur 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass sich zwischen der Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10 und dem optischen Element 30 eine Verkapselungsmasse 50 befindet. Die Verkapselungsmasse 50 ist mit einem hochtransparenten strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Bevorzugt ist die Verkapselungsmasse mit einem Silikon gebildet.
Die Verkapselungsmasse 50 schützt sowohl die Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10 als auch die Einkoppelfläche 30A des optischen Elements 30 vor äußeren Umwelteinflüssen. Beispielsweise ist die Verkapselungsmasse 50 derart ausgeführt, dass ihr Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex des optischen Elements 30 und dem Brechungsindex des Halbleiterchips 10 ausgeführt ist. Das optische Element ist beispielsweise mit Glas gebildet und weist einen Brechungsindex von 1,4 auf. Der Halbleiterchip ist zum Beispiel mit Silizium oder GaAs gebildet und weist einen Brechungsindex zwischen 3,6 und 3,9 auf.
Es wird folglich ein stufenweiser Übergang vom Brechungsindex des Halbleiterchips 10 zum Brechungsindex des optischen Elements 30 erzielt. Ein Brechungsindexsprung zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem optischen Element 30 ist vorteilhaft vermindert und es ist eine bessere optische Einkopplung in das optische Element erreichbar.
Ferner umfasst das optische Element 30 seitliche Montageflächen 30D. Die seitlichen Montageflächen 30D sind parallel zueinander und jeweils senkrecht zur Einkoppelfläche 30A und zur Auskoppelfläche 30B ausgerichtet. Beispielsweise ist ein Klebstoff zwischen der Vergussmasse 60 und den seitlichen Montageflächen 30D angeordnet, um eine mechanische Stabilisierung zu verbessern.
Das in Figur 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass sich die Einkoppelfläche 30A des optischen Elements 30 zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der Emissionsfläche 10A befindet und einen direkten Übergang zu dem Halbleiterchip 10 bildet. Das optische Element 30 ist hier somit über seine Seitenfläche 30C in direktem Kontakt mit der Justagefläche 40A des Formkörpers 40 und der Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10. Das optische Element 30 ist insbesondere derart ausgeführt, dass es die erste Montagefläche 20A des Leiterrahmens 20 nicht berührt. Somit erfolgt eine automatische Justage des optischen Elements 30 auf einen Nullabstand zwischen dessen Einkoppelfläche 30A und der Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10. Vorteilhaft ist so ein störender Luftspalt zwischen der Emissionsfläche 10A des Halbleiterchips 10 und der Einkoppelfläche 30A des optischen Elements 30 vermindert oder vermieden.
Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Waferverbund. Die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen 1 ist in einem gleichmäßigen Raster angeordnet. Entlang der in Figur 4 mit gestrichelten Linien dargestellten Sägelinien erfolgt nachfolgend eine Vereinzelung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 mittels eines Sägeprozesses oder eines Lasertrennprozesses. Bevorzugt wird so besonders einfach eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 gleichzeitig hergestellt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020114371.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
10 Halbleiterchip 10A Emissionsfläche
11 Schutzdiode 20 Leiterrahmen 20A erste Montagefläche
2OB zweite Montagefläche 2OC Bondfläche
30 optisches Element
3OA Einkoppelfläche 3OB Auskoppelfläche
3OC Seitenfläche 3OD seitliche Montagefläche
40 Formkörper
4OA Justagefläche
41 Kavität 50 Verkapselungsmasse 60 Vergussmasse 70 Trägerkörper 80 Bonddraht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend,
- einen Leiterrahmen (20) mit einer ersten Montagefläche (20A), einen auf der ersten Montagefläche (20A) angeordneten Halbleiterchip (10) mit einer Emissionsfläche (10A), ein optisches Element (30) und einen Formkörper (40), wobei
- das optische Element (30) eine Einkoppelfläche (30A) aufweist, die quer zur ersten Montagefläche (20A) ausgerichtet ist,
- der Halbleiterchip (10) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung durch die Emissionsfläche (10A) eingerichtet, deren Strahlachse parallel zur ersten Montagefläche (20A) verläuft,
- das optische Element (30) eine über die Einkoppelfläche (30A) eingekoppelte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips (10) umlenkt,
- der Formkörper (40) an den Leiterrahmen (20) angeformt ist und quer zur ersten Montagefläche (20A) eine Justagefläche (40A) aufweist, und
- das optische Element (30) und die Justagefläche (40A) in direktem Kontakt zueinander stehen.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem der Formkörper (40) eine Kavität (41) aufweist, die sich bis zur ersten Montagefläche (20A) erstreckt und in der der Halbleiterchip (10) angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem eine Seitenfläche der Kavität (41) als Justagefläche (40A) ausgebildet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element (30) in direktem Kontakt sowohl mit der Justagefläche (40A) als auch mit der Emissionsfläche (10A) oder sowohl mit der Justagefläche (40A) als auch mit der ersten Montagefläche (20A) steht.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das optische Element (30) mittels einer Haftschicht auf der ersten Montagefläche (20A) oder der Justagefläche (40A) oder zumindest einer seitlichen Montagefläche (30D) mit dem optoelektronischen Halbleiterbauelement (1) verbunden ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine strahlungsdurchlässige Verkapselungsmasse (50) zwischen der Emissionsfläche (10A) und dem optischen Element (30) angeordnet ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element (30) eine Umlenkung der Strahlachse um einen Winkel von mindestens 85° und höchstens 95° bewirkt.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Justagefläche (40A) einen Winkel von mindestens 130° und höchstens 140° mit der ersten Montagefläche (20A) einschließt .
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 8 unter Rückbezug auf einen der Ansprüche 2 und 3, bei dem die Kavität (41) mit einer Vergussmasse (60) befüllt ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 9, bei dem die Vergussmasse (60) bündig mit einer Oberkante der Kavität (41) abschließt.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leiterrahmen (20) eine der ersten Montagefläche (20A) gegenüberliegende zweite Montagefläche (20B) aufweist, die frei von Material des Formkörpers (40) ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Leiterrahmens (20) mit einer ersten Montagefläche (20A),
- Anformen eines Formkörpers (40) an den Leiterrahmen (20), derart, dass eine Justagefläche (40A) quer zur ersten Montagefläche (20A) ausgebildet wird,
- Montieren eines Halbleiterchips (10) auf der ersten Montagefläche (20A), und
- Anordnen eines optischen Elements (30) an der Justagefläche (40A), wobei die Justagefläche (40A) mit dem optischen Element (30) in direkten Kontakt gebracht wird und das optische Element (30) anhand der Justagefläche (40A) in Bezug auf den Halbleiterchip (10) ausgerichtet wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 12, wobei in dem Formkörper (40) eine Kavität (41) ausgebildet wird, die sich bis zu der ersten Montagefläche (20A) erstreckt und der Halbleiterchip (10) in der Kavität (41) montiert wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anformen des Formkörpers (40) mittels eines Transfermolding Verfahrens erfolgt.
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Anformen des Formkörpers (40) ein chemischer und/oder mechanischer Reinigungsschritt erfolgt, der Reste des Formkörpers (40) von der ersten Montagefläche (20A) entfernt .
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Montage des Halbleiterchips (10) mittels Kleben, Sintern oder Löten erfolgt.
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 13, wobei die Kavität (41) mittels Jetten oder Dispensen mit einer Vergussmasse (60) befüllt wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Verfahrensschritte zur Herstellung in einem Waferverbund an einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) ausgeführt werden.
19. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 18, wobei nach dem Abschluss aller Verfahrensschritte zur
Herstellung in einem Waferverbund zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) ein Vereinzeln der Halbleiterbauelemente (1) mittels eines Sägeprozesses oder eines Lasertrennprozesses erfolgt.
20. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiterrahmen (20) eine der ersten Montagefläche (20A) gegenüberliegende zweite Montagefläche (20B) aufweist, und der Formkörper (40) derart an den Leiterrahmen (20) angeformt wird, dass die zweite Montagefläche (20B) frei von Material des Formkörpers (40) bleibt.
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