WO2023222482A1 - Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer optoelektronischen vorrichtung - Google Patents

Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer optoelektronischen vorrichtung Download PDF

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WO2023222482A1
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emitting component
light conversion
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Simon Jerebic
Markus Klein
Michael Betz
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic device and a method for producing an optoelectronic device.
  • the core of the invention is to arrange a conversion layer very close, precisely and without an adhesive joint over the light-generating epitaxial layer of a light-emitting chip, and to arrange the conversion layer on the chip only at a point in time after the chip has been placed on a carrier substrate, such as a lead frame or a Circuit board has been applied.
  • a carrier substrate such as a lead frame or a Circuit board has been applied.
  • the thermal and electrical connection of the chip to the carrier substrate can be increased, since the connection takes place at a time when the conversion layer is not yet arranged on the chip and higher temperatures can therefore be used.
  • the chip is arranged on a carrier substrate, such as a leadframe or a circuit board, electrically connected, and then encapsulated with a reflective encapsulation material.
  • the carrier substrate in particular already forms the final substrate on which the chip is also arranged in the final device. Through the encapsulation step, the chip is enclosed in the lateral direction by the encapsulation material and is thus protected by the encapsulation.
  • the tool for encapsulating the chip is designed such that the encapsulation material projects beyond the chip in the vertical direction and is above the light-generating epitaxial layer or A cavity is formed in the light-emitting surface of the chip, which exposes at least the light-emitting surface.
  • the light emission surface of the semiconductor chip can be made smaller than a top side of the semiconductor chip and thus only extend over a portion of the top side of the semi-elite chip, but it is also possible for the light emission surface of the semiconductor chip to extend over the entire top side of the semiconductor chip.
  • the encapsulating step is a relatively imprecise process for producing a cavity that is essentially congruent with the light emitting surface in terms of both size and position. is arranged, the cavity can be deliberately chosen to be larger than the light emission surface, so that despite manufacturing tolerances, the light emission surface lies completely within the cavity and is not covered by the encapsulation material.
  • the exact position of the light emission surface relative to the cavity is not precisely known and may vary from device to device.
  • the position of the light emission surfaces is determined. before determined towards the cavity. This can be done using very precise optical methods, either in a state in which the chip emits light through the light-emitting surface, or in a state in which the chip does not emit light.
  • the known position of the light-emitting surface relative to the cavity can then be used to structure a photosensitive material introduced into the cavity, namely such that the photosensitive material has an opening essentially congruent with the light-emitting surface.
  • the step of structuring the photosensitive material is a relatively precise process for creating an opening. Cavity .
  • a relatively precisely positioned and precisely dimensioned opening relative to the light emission surface can be created in the relatively imprecisely positioned and "oversized" cavity in the encapsulation material in a subsequent step.
  • the step of structuring the photosensitive material or In particular, exposing the photosensitive material to open the photosensitive material in a desired area can be done on the one hand with an external/separate light source, but it is also conceivable that the photosensitive material itself is above by means of the light-emitting component of the optoelectronic device the light emitting surface is opened.
  • the resulting opening in the photosensitive material then serves as a template or Mask to create a light conversion layer very close, precisely and without an adhesive joint over the light emission surface directly on the chip.
  • the opening is filled, for example, with a light-converting material, for example a matrix material comprising light-converting particles, and the material is hardened.
  • the remaining photosensitive material can then be removed, and the resulting gap between the reflective encapsulation material and the light conversion layer can be filled with a reflective potting material to further increase the output efficiency and light conversion efficiency.
  • the chip is arranged on a carrier substrate, such as a leadframe or a circuit board, is electrically connected and the position of the light-emitting surface of the chip is opposite or determined in relation to the carrier substrate.
  • a carrier substrate such as a leadframe or a circuit board
  • the position of the light-emitting surface of the chip is opposite or determined in relation to the carrier substrate. This can be done using very precise optical methods, either in a state in which the chip emits light through the light-emitting surface, or in a state in which the chip does not emit light.
  • the determination of the position may be necessary, for example, because the arrangement of the chip on the carrier substrate can be relatively imprecise due to positioning tolerances, so that the position of the light-emitting surface in relation to the carrier substrate can only be known relatively imprecisely.
  • the position of the light emission surface relative to the carrier substrate known through the determination can then be used to structure a photosensitive material applied to the chip and optionally also to the carrier substrate, namely in such a way that the photosensitive material remains on the light emission surface essentially congruent with the light emission surface and areas of the photosensitive material that are not congruent with the light emitting surface are removed.
  • the photosensitive material can be structured using a simple but relatively precise process in such a way that it remains relatively precisely positioned and precisely dimensioned, essentially congruent, on the light-emitting surface.
  • the step of structuring the photosensitive material or In particular, exposure of the photosensitive material in a desired area can be done with an external/separate light source, but it is also conceivable that the photosensitive material itself is exposed above the light emission surface by means of the light-emitting component itself.
  • the photosensitive material has already been applied or applied to the light emitting surface in precise position at one point in time. is structured, to which the chip is still in the wafer composite, i.e. on the growth wafer or Manufacturing substrate of the chip is located.
  • a determination of the position of the light-emitting surface of the chip using a separate optical method can be omitted, since the exact position of the light-emitting surface of the chip relative to the growth substrate can already be known due to the production on the same substrate. can be easily determined without a separate optical procedure.
  • the photosensitive material can be arranged in advance in a precise position on the light-emitting surface of the chip, without the need for a further optical method for determining the position of the light-emitting surface at a later point in time.
  • the photosensitive material arranged on the light-emitting surface and essentially congruent with the light-emitting surface can further serve as a placeholder for a light conversion layer, which is formed at a later point in time on the light-emitting surface instead of the photosensitive material.
  • the chip is encapsulated on the carrier substrate with the photosensitive material arranged on the chip with a reflective encapsulation material. Through the encapsulation step, the chip and the photosensitive material are surrounded by the encapsulation material in the lateral direction. closed and thus protected by the encapsulation.
  • the encapsulation material can be essentially flush with the photosensitive material on a surface opposite the carrier substrate, or a cavity can be formed above the photosensitive material using a corresponding tool for encapsulating the chip in such a way that the encapsulation material covers the chip and the photosensitive material vertical direction and a cavity is formed above the photosensitive material, which exposes at least the photosensitive material.
  • the photosensitive material as a positionally precise placeholder for the later light conversion layer can be used in a relatively imprecise process, such as encapsulating the chip on the carrier substrate with the reflective encapsulation material, in order to form a precisely positioned cavity in the reflective encapsulation, which is then formed with a light conversion material the light conversion layer can be filled.
  • a relatively imprecise process such as encapsulating the chip on the carrier substrate with the reflective encapsulation material, in order to form a precisely positioned cavity in the reflective encapsulation, which is then formed with a light conversion material the light conversion layer can be filled.
  • the photosensitive material on the light-emitting surface is removed, and the resulting cavity in the reflective encapsulation serves as a template or Mask to create a light conversion layer very close, precise, and without an adhesive joint over the light emission surface directly on the chip.
  • the cavity is filled, for example, with a light-converting material, for example a matrix material comprising light-converting particles, and the material is hardened
  • the package resulting from the described steps of the various embodiments protects all sensitive elements of the device and is therefore mechanically very robust. It can be done due to the large proportion of parallelizable Processes can also be produced cost-effectively, and an increase in the brightness of the optoelectronic device compared to conventional comparable devices can be achieved.
  • the optoelectronic device combines the features:
  • an optoelectronic device comprises a carrier substrate with a first and a second contact region electrically insulated therefrom, and a light-emitting component which is arranged on the carrier substrate and is electrically coupled to the first and second contact regions.
  • a reflective encapsulation is arranged on the carrier substrate, which surrounds the light-emitting component in the lateral direction, which projects beyond the light-emitting component in the vertical direction, and which forms a cavity above a light-emitting surface of the light-emitting component.
  • a light conversion layer is arranged in the cavity on the light-emitting component and, in a plan view of the light-emitting surface, is essentially congruent with the light-emitting surface is trained .
  • the formed cavity has a bottom that lies in the same plane as the light emission surface, and the formed cavity has side surfaces that are at least partially spaced from the light conversion layer, so that there is a gap between the light conversion layer and the reflective encapsulation.
  • the light conversion layer can, for example, be a layer comprising a matrix material with light conversion particles located therein, which are designed to convert light of a first wavelength emitted by the light-emitting component, which impinges on the light conversion particles, into light of a second wavelength that is different from the first Convert wavelength.
  • the light conversion particles can be, for example, so-called phosphors or phosphors.
  • the matrix material can be, for example, a silicone.
  • the reflective encapsulation material can be, for example, a white encapsulation or be a white encapsulation material.
  • the bottom of the formed cavity in a top view of the light-emitting surface, is larger than the light-emitting surface.
  • the base area of the cavity is larger than the light-emitting area and is arranged opposite the light-emitting area in such a way that the light-emitting area remains free of the reflective encapsulation.
  • a distance from a first side surface of the cavity to a first edge of the light emission surface closest to the first side surface is greater than a distance from a second side surface of the cavity to a first edge of the light emission surface closest to the second side surface second edge of the light emitting surface.
  • the floor or the base area of the cavity can be eccentric or not be arranged symmetrically with respect to the center of gravity of the light-emitting surface.
  • a distance between opposite side surfaces of the cavity decreases from a side of the reflective encapsulation opposite the carrier substrate towards the bottom of the cavity.
  • the side surfaces of the cavity are correspondingly opposite the light emission surface or the side of the reflective encapsulation opposite the carrier substrate is inclined, in particular by an angle between 0° and 90°, so that the cavity tapers in the direction of the light emission surface. This can be due in particular to the fact that a tool/stamp for forming the cavity can have draft angles for demoulding the cavity.
  • a desired radiation characteristic of the optoelectronic device it is also possible for a desired radiation characteristic of the optoelectronic device to be achieved via the inclination of the side surfaces.
  • the optoelectronic device further comprises a potting material which is arranged in the space between the reflective encapsulation and the light conversion layer in the cavity, and in particular fills the space.
  • the potting material can be, for example, a TiO 2 silicone which is introduced into the gap and which is designed to reflect light emitted by the light-emitting component and light converted by the conversion layer in the direction of a main emission direction of the optoelectronic device.
  • an upper side of the light conversion layer is essentially flat with a side of the reflective encapsulation opposite the carrier substrate.
  • the light conversion layer can accordingly have a thickness so that it is flush with the reflective encapsulation in the vertical direction.
  • planarity can be achieved, for example, by precisely selecting the amount of light-converting material introduced into the opening to produce the light-conversion layer, so that the light-converting material exactly fills the opening, or the planarity can be achieved by grinding the light-conversion layer and/or the reflective encapsulation be achieved .
  • the light conversion layer has an increasing concentration gradient of light conversion particles arranged in the light conversion layer from an upper side of the light conversion layer towards the light-emitting component.
  • a majority of the light conversion particles in the light conversion layer can accordingly be located in a region of the light conversion layer close to the light emission surface, whereas a region of the light conversion layer further away from the light emission surface can have a lower concentration of light conversion particles.
  • the light-emitting component can be an LED chip that is designed to emit light of a specific wavelength.
  • the light-emitting component can be an LED chip that is pre-sorted according to the emitted wavelength and is designed, for example, to emit blue light.
  • the light-emitting component can, for example, have a light-emitting surface with a size in the range of 0.5 mm 2 to 2 mm 2 , for example 1 mm 2 , and a height of 80 pm to 200 pm, in particular up to 120 pm.
  • the edge length of such a light-emitting component can, for example, be in the range between 10 pm and 50 pm.
  • the light-emitting component is formed by a flip chip.
  • the flip chip can have electrical connection surfaces on the same side, namely the underside of the chip.
  • the electrical connection surfaces on the bottom can be on the first or be arranged in the second contact area and be electrically connected to it.
  • the reflective encapsulation can be designed to be only slightly higher than the chip on the carrier substrate, so that the cavity has a depth that correlates with a desired thickness of the conversion layer.
  • the light-emitting component is electrically coupled to the second contact region by means of a bonding wire, and the bonding wire is completely enclosed by the reflective encapsulation.
  • the light-emitting component can be formed, for example, by a top contact chip, which has an electrical connection surface on its underside and an electrical connection surface on an upper side of the chip opposite the underside.
  • the electrical connection area on the bottom can be arranged on the first contact area and be electrically connected to it, and the electrical connection area on the top can be electrically coupled to the second contact area by means of a bonding wire.
  • the reflective encapsulation can in particular be formed on the carrier substrate at least so high that the bonding wire is completely covered by the encapsulation material.
  • the cavity can correspondingly have a height that is greater than in the case of using a flip chip. Due to the height of the cavity, it may therefore be desirable for the light conversion layer to have an increasing concentration gradient of light conversion particles arranged in the light conversion layer towards the light-emitting component, so that an epi-close, dense phosphor packing of light conversion particles in the light conversion layer results.
  • a method for producing an optoelectronic device is also proposed.
  • the procedure includes the following steps:
  • Arranging and structuring a photosensitive material such that an opening in the photosensitive material is formed substantially congruent with the light emission surface in a plan view of the light emission surface, or that the photosensitive material in a plan view of the light emission surface is essentially congruent with the light emission surface on the Light emission surface is formed;
  • the steps of arranging and structuring the photosensitive material can in particular include common photolithography processes, as well as nano imprint, laser and etching processes to produce the desired structuring in a photosensitive material.
  • the method further comprises removing the photosensitive material after the at least one light-emitting component has been encapsulated on the carrier substrate with the reflective encapsulation material, so that a precisely positioned cavity is formed in the encapsulation material above the light-emitting surface.
  • the step of producing the light conversion layer can then take place after the step of removing the photosensitive material in the precisely positioned cavity.
  • the step of arranging and structuring the photosensitive material occurs after the step of encapsulating the at least one light-emitting component in the cavity formed in the reflective first encapsulation material.
  • the formed cavity in particular has side surfaces which are arranged at least partially at a distance from the light emission surface and thus from the light conversion layer and the arrangement and Structuring of the photosensitive material takes place in particular in such a way that an opening in the photosensitive material is formed essentially congruent with the light emission surface in a plan view of the light emission surface.
  • the light conversion layer is then created in the opening so that a space between the light conversion layer and the reflective encapsulation material is filled with the photosensitive material.
  • the step of arranging and structuring the photosensitive material takes place before the step of encapsulating the at least one light-emitting component.
  • the step of arranging and structuring the photosensitive material is carried out in such a way that, in a plan view of the light-emitting surface, the photosensitive material is formed essentially congruently with the light-emitting surface on the light-emitting surface.
  • the light-emitting component is then encapsulated on the carrier substrate with the reflective encapsulation material, such that the at least one light-emitting component and the photosensitive material on the light-emitting surface are surrounded by the reflective encapsulation material in the lateral direction, and the reflective encapsulation material surrounds the at least one light-emitting component in the vertical direction projects beyond, and the reflective encapsulation material forms a cavity above the light-emitting surface of the at least one light-emitting component, which is filled with the photosensitive material.
  • the photosensitive material in the cavity is then removed and a light conversion layer that is essentially congruent with the light emission surface can be formed in the cavity.
  • the step of creating the light conversion layer in the cavity of the reflective encapsulation material or in the opening of the photosensitive material may include filling the opening with a light converting material.
  • the Filling with the light-converting material can be done, for example, by squeegeeing, printing, jetting, dispensing, or spraying.
  • the step of producing the light conversion layer also includes curing or Baking out the light-converting material so that it is, on the one hand, stable in itself and, on the other hand, forms a firm connection with the at least one light-emitting component.
  • the resulting conversion layer can accordingly have a firm connection to the at least one light-emitting component.
  • the step of encapsulating the at least one light-emitting component includes a film-assisted molding step.
  • Film-Assisted Molding is a variant of transfer molding.
  • plastic films are used in a mold and sucked under vacuum into the inner surfaces of the mold (sprues, cavities and gates) before the products to be encapsulated are placed in the mold. This is followed by an overmolding or Encapsulation process.
  • the molding material is first liquefied by heat and pressure, then pressed into closed mold cavities and held there under further heat and pressure until the entire material has solidified (i.e. hardened). After opening the mold, the encapsulated products are removed.
  • Film-assisted molding offers a number of advantages over conventional transfer molding. These include the easy demolding of the overmolded products and the fact that metal surfaces of the mold can be kept free of sticky molding compound. Another advantage is that the film acts as a protection, which leads to less wear on the molded parts, i.e. H . leads to a longer lifespan. In addition, it is also possible to produce more delicate and closely spaced structures using FAM. to be removed from the mold cleanly. According to at least one embodiment, the method further comprises removing the photosensitive material in the gap between the reflective encapsulation material and the light conversion layer. The space between the reflective encapsulation material and the light conversion layer and in particular the final optoelectronic device can be correspondingly free of the photosensitive material.
  • the method also includes introducing a potting material, in particular a reflective potting material, into the space between the reflective encapsulation material and the light conversion layer.
  • a potting material in particular a reflective potting material
  • the potting material can serve as a reflector, which further increases the efficiency of the optoelectronic device.
  • the method further comprises planarizing at least the light conversion layer, and optionally also the reflective encapsulation material and the reflective potting material.
  • the step of producing the light conversion layer comprises sedimenting light conversion particles within the light conversion layer, so that the light conversion layer has an increasing concentration gradient of light conversion particles arranged in the light conversion layer from an upper side of the light conversion layer towards the light-emitting component.
  • a method for producing an optoelectronic device is also proposed.
  • the procedure includes the following steps:
  • the formed cavity has side surfaces which are arranged at least partially at a distance from the light conversion layer; and wherein during the creation of the light conversion layer, a space between the light conversion layer and the reflective encapsulation material is filled with the photosensitive material.
  • the process flow can be implemented on a leadframe as well as on circuit boards, ceramic substrates or other substrates;
  • a conversion rate of the conversion layer does not depend on the height of the light-emitting chip
  • the back of the carrier substrate is accessible throughout the entire process chain, so that every chip can be electrically contacted, e.g. B. for color coordinate control. ;
  • Individually adjustable amount of light conversion particles in combination with the constant operability of the chip means that the color location of the converted light can be individually determined and regulated during production;
  • the conversion layer is not stressed by high-temperature processes such as wire bonding or thermocompression bonding processes;
  • An epi-near, dense phosphor packing for example by sedimentation of the light conversion particles in the light conversion layer
  • the conversion layer is not exposed to any mechanical pressure during the production of the optoelectronic device
  • a possible bonding wire is completely embedded in the hard encapsulation material and thereby protected;
  • the optoelectronic device can be sanded without risking changes in color location and without having to grind phosphor grains (danger of breakouts);
  • the contrast of the light emission of the optoelectronic device can be optimized using reflective potting material, for example. TiCh silicone, in the spaces between the conversion layer and reflective encapsulation material;
  • the optoelectronic device can include both chip types with top contact or rear contacts (e.g. flip chip). ;
  • FIG. 1A to 1K method steps of a method for producing an optoelectronic device according to some aspects of the proposed principle
  • Fig. 2A to 2N method steps of a further method for producing an optoelectronic device
  • Fig. 3A to 3M process steps of a further process for producing an optoelectronic device.
  • Figures 1A to 1K show method steps of a method for producing an optoelectronic device according to some aspects of the proposed principle.
  • a carrier substrate 2 such as a circuit board or a leadframe with a first and a second contact area 3a, 3b electrically insulated therefrom is provided.
  • a contact pad is provided on each of the first and second contact areas 3a, 3b, which can be accessed in a subsequent step, as shown in FIG. 1B shown, a light-emitting component 4 in The form of a flip chip is applied.
  • the light-emitting component 4 has a light-emitting surface 4a on a side opposite the electrical connection surfaces of the component, and is designed to emit light in the direction of the main emission direction L.
  • the light-emitting component 4 is then encapsulated using a reflective encapsulation material 5.
  • the encapsulation step can in particular be a film-assisted molding, by means of which the light-emitting component 4 is encapsulated in such a way that the light-emitting component 4 is laterally enclosed by the reflective encapsulation material 5, so that the reflective encapsulation material 5 covers the light-emitting component 4 projects beyond in the vertical direction, and that a cavity 6 is formed above the light emission surface 4a, so that at least the light emission surface 4a remains free of the reflective encapsulation material 5.
  • the cavity has a bottom 6a which coincides with the light emitting surface. lies in the same plane with the light emitting surface. Furthermore, the cavity has side surfaces 6b, 6c, which are each arranged at a distance from the nearest edges of the light emission surface 4a. In the case shown, the light-emitting surface is arranged centrally in the cavity, so that the center of gravity of the light-emitting surface and the center of gravity of the bottom of the cavity coincide. However, it is also possible that the cavity or the bottom is arranged offset from the light emitting surface 4a.
  • the position of the cavity relative to the light-emitting surface can vary from device to device due to manufacturing tolerances and the relatively imprecise manufacturing step for producing the cavity, which is why the cavity is designed to be "oversized" in a first step is to ensure that the light emitting surface remains free of the reflective encapsulation material.
  • the exact position of the light emission surface 4a relative to the cavity 6 is then determined using an optical method (represented by the two arrows).
  • the information obtained in this way is then used, as shown in Figures IE to IG, to structure a photosensitive material 11 that has broken into the cavity 6 (see Figure IE) in such a way (see the arrows in Figure 1F) that it has a Has opening 12 (see FIG. IG), which is designed to be substantially congruent with light emitting surface 4a in a top view of light emitting surface 4a.
  • the exact position of the light-emitting surface 4a relative to the carrier substrate 2 can also take place at an earlier point in time, for example after the light-emitting component 4 has been positioned on the carrier substrate 2.
  • the relatively imprecisely manufactured cavity 6 is reduced in size using a relatively precisely adjustable method. This makes it possible to create an opening 12 that is essentially congruent with the light emitting surface 4a and that can be created individually at the corresponding position for different positions of the light emitting surface 4a.
  • a light-converting material is introduced to produce a light conversion layer 7. Due to the very precisely positioned opening 12, it is easily possible to dimension and design the light conversion layer 7 in such a way that it is arranged very close, precisely, and without an adhesive joint above the light emission surface 4a and does not protrude beyond it.
  • the remaining photosensitive material 11 can be placed in the gap 8 between the light conversion layer 7 and the reflective encapsulation material 5, as in FIG. II shown can be removed.
  • the gap 8 can now remain free of any material, or it can be covered with a potting material 9, in particular a reflective potting material, as in FIG. 1J shown to be filled.
  • the optoelectronic device 1 is then separated, for example by sawing, through the carrier substrate 2 and the encapsulation material 5, as shown in FIG. 1K shown, removed from the composite.
  • steps 1A to 1K Only the production of an optoelectronic device 1 is shown in steps 1A to 1K, but it is understood that by means of the method described, several optoelectronic devices 1 can also be produced on the same carrier substrate 2 at the same time, which are finally carried out by a separation step, as in Fig. 1K shown, isolated.
  • Figures 2A to 2N show method steps of a further method for producing an optoelectronic device according to some aspects of the proposed principle.
  • a light-emitting component 4 in the form of a top contact chip is arranged on the first contact area 3a and electrically connected to the second contact area 3b by means of a bonding wire 10.
  • the bonding wire also leads to the reflective encapsulation material 5, as shown in FIG. 2D has a greater height, since the bonding wire 10 is also encapsulated by means of the reflective encapsulation material 5 in order to protect it from external influences. This results, in comparison to the step shown in Figure IC, at the same time that the cavity 6 has a greater depth.
  • the bonding wire 10 or the position of the bonding wire 10, as in Fig. 2D result in the cavity 6 being arranged off-center relative to the light emission surface 4a, so that side surfaces 6a, 6c of the cavity 6 have a different distance from a respective closest edge of the light emission surface 4a.
  • FIGS. 2E to 2H can then be carried out in accordance with the steps described in FIGS. ID to IG.
  • Such an embodiment is intended to be represented by the two areas of the light conversion layer in FIG. 2J are indicated, wherein the area of the conversion layer 7, which is adjacent to the light emission surface 4a, has a higher concentration of light conversion particles than the area above it.
  • the ones in fig. 21, on the other hand, has only one area in which the light conversion particles are homogeneously distributed.
  • the light conversion layer 7 By creating or during the creation of the light conversion layer 7, it can also happen that it projects beyond the reflective encapsulation material 5 (represented by the hatched area in FIG. 2K). This can either be desired, but it can also be desired to remove the protruding area by sanding. In the event that it is desired to grind off the protruding area of the light conversion layer, it may be preferred that by sedimenting the light conversion particles in the light conversion layer 7, the light conversion particles are increasingly arranged in the area of the conversion layer 7, which is adjacent to the light emission surface 4a, and so on The light conversion layer is not damaged by grinding it or its properties are changed.
  • FIGS. 2L to 2N can then be carried out in accordance with the steps described in FIGS. 11 to 1K.
  • Figures 3A to 3M show method steps of a further method for producing an optoelectronic device according to some aspects of the proposed principle.
  • a precisely positioned cavity or Opening for producing the precisely positioned light conversion layer which is essentially congruent with the light emission surface of the light-emitting component, in a slightly modified form.
  • the photosensitive material is, so to speak, in the form of a kinematic reversal not as a positive form for the precisely positioned cavity or. opening, but as a negative form to create the precisely positioned cavity or Opening used in the reflective encapsulation material.
  • a carrier substrate 2 such as a printed circuit board or a leadframe with a first and a second contact area 3a, 3b electrically insulated therefrom.
  • the carrier substrate 2 is applied as shown in FIG. 3B shows a light-emitting component 4 in the form of a top contact chip arranged on the first contact area 3a and, as in FIG. 3C, electrically connected to the second contact area 3b by means of a bonding wire 10.
  • the exact position of the light emission surface 4a relative to the carrier substrate 2 is then determined using an optical method (represented by the two arrows).
  • the information obtained in this way is then used, as shown in FIGS. 3E to 3G, to structure a photosensitive material 11 (see FIG. 3E) applied to the light-emitting component 4 and the carrier substrate 2 in such a way (see the arrows in FIG. 3 F) that the photosensitive material 11 only remains on a region of the light-emitting component 4, which is designed to be essentially congruent with the light-emitting surface 4a in a plan view of the light-emitting surface 4a (see FIG. 3G).
  • the light-emitting component 4 and the photosensitive material 11 are then encapsulated using a reflective encapsulation material 5.
  • the encapsulation step can be, for example, film-assisted molding, by means of which the light-emitting component 4 is encapsulated.
  • the light-emitting component 4 and the photosensitive material 11 are encapsulated in such a way that the light-emitting component 4 and the photosensitive material 11 are laterally enclosed by the reflective encapsulation material 5, and that the reflective encapsulation material 5 covers the light-emitting component 4 projects beyond in the vertical direction and is at least flush with the photosensitive material 11.
  • the photosensitive material 11 is then as shown in FIG. 31 shown removed, so that a precisely positioned cavity 6 results in the reflective encapsulation material 5 above the light emission surface 4a, which in a further step, as in FIG. 3J shown is filled with a conversion material, so that the conversion layer 7 results.
  • the very precisely positioned cavity 6 makes it possible in a simple manner to dimension and form the light conversion layer 7 in such a way that it is arranged very close, precisely and without an adhesive joint above the light emission surface 4a and does not protrude beyond it.
  • the optoelectronic device 1 is then separated, for example by sawing, through the carrier substrate 2 and the encapsulation material 5, as shown in FIG. 3K shown, removed from the composite.
  • steps 3A to 3K only the production of an optoelectronic device 1 is shown in steps 3A to 3K, but it is understood that by means of the method described, several optoelectronic devices 1 can also be produced on the same carrier substrate 2 at the same time, which are finally carried out by a separation step, as in Fig. 3K shown, isolated.
  • Fig. 3L and 3M show further embodiments of an optoelectronic device 1 produced in this way.
  • the light conversion layer 7 or the production of the optoelectronic device 1, as shown in Fig. 3L, may also include a sedimentation of light conversion particles within the light conversion layer 7, so that the light conversion layer 7 comes from an upper side of the light conversion layer.
  • layer towards the light-emitting component 4 has an increasing concentration gradient of light conversion particles arranged in the light conversion layer. This is shown by the two areas of the light conversion layer in Fig. 3L are indicated, wherein the area of the conversion layer 7, which is adjacent to the light emission surface 4a, has a higher concentration of light conversion particles than the area above it.
  • the step of encapsulating the light-emitting component 4 and the photosensitive material 11 by means of the reflective encapsulation material 5 takes place in such a way that the reflective encapsulation material 5 projects beyond the light-emitting component 4 in the vertical direction and a cavity is formed above the photosensitive material.
  • the cavity can be formed above the photosensitive material in such a way that the encapsulation material projects beyond the chip and the photosensitive material in the vertical direction and a cavity is formed above the photosensitive material, which exposes at least the photosensitive material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung umfassend ein Trägersubstrat mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich, und ein lichtemittierendes Bauelement, das auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt ist. Zudem umfasst die Vorrichtung eine reflektierende Verkapselung, die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, die das lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung umgibt, die das lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und die eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelementes ausbildet. In der Kavität ist auf dem lichtemittierenden Bauelement eine Lichtkonversionsschicht angeordnet, die in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist. Die ausgebildete Kavität weist einen Boden auf, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt, und die ausgebildete Kavität weist Seitenflächen auf, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und der reflektierenden Verkapselung ergibt.

Description

OPTOELEKTRONISCHE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
EINER OPTOELEKTRONISCHEN VORRICHTUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr . 10 2022 112 418 . 5 vom 18 . Mai 2022 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung auf genommen wird .
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung .
Hintergrund
Bei der Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen, insbesondere LED-Packages umfassend eine Konversionsschicht zur Lichtkonversion von beispielsweise blauem Licht in weißes Licht , besteht zum gegenwärtigen Zeitpunkt das Problem, dass : bekannte Möglichkeiten zur Aufbringung einer Konversionsschicht auf einen LED-Chip nicht die gewünschte Effizienz im Hinblick auf die Konversion des Lichts liefern; die optoelektronische Vorrichtung nicht ausreichend robust gegenüber äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen ist ; und/oder die thermische und elektrische Anbindung des LED-Chips an beispielsweise einer Leiterplatte nicht optimal ist , da für eine optimale Anbindung zumeist hohe Temperaturen zu einem Zeitpunkt benötigt würden, bei dem die Konversionsschicht bereits auf dem LED-Chip aufgebracht ist , die Konversionsschicht durch die hohen Temperaturen j edoch beschädigt werden würde .
Zudem bedürfen Möglichkeiten mit dem Versuch der Verbesserung zumindest eines der genannten Probleme zum gegenwärtigen Zeitpunkt aufwendige Fertigungskonzepte und Prozessflüsse und ver- Ursachen so hohe Prozesskosten ( z . B . durch aufwändige sequentielle Prozesse oder Hilfsprozesse ) und damit hohe Produktkosten .
Es besteht daher das Bedürfnis , eine optoelektronische Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung anzugeben, welches zumindest einem der vorgenannten Probleme entgegenwirkt .
Zusammenfassung der Erfindung
Diesem Bedürfnis wird durch eine in Anspruch 1 genannte optoelektronische Vorrichtung , sowie durch das in Anspruch 9 genannte Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung Rechnung getragen . Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Kern der Erfindung ist es eine Konversionsschicht sehr nahe , genau, und ohne Kleberfuge über der lichterzeugenden epitaktischen Schicht eines lichtemittierenden Chips anzuordnen, und die Konversionsschicht erst zu einem Zeitpunkt auf dem Chip anzuordnen, nachdem der Chip auf einem Trägersubstrat , wie beispielsweise ein Leadframe oder eine Leiterplatte , aufgebracht worden ist . Dadurch wird die Effizienz der Lichtkonversion erhöht , da sich das Konversionsmaterial der Konversionsschicht zum einen auf den Bereich der lichterzeugenden epitaktischen Schicht bzw . der Lichtemissionsfläche des Chips beschränkt und somit Verluste an den Rändern der Lichtemissionsfläche reduziert werden und da durch den Wegfall einer Klebeschicht zum anderen Aus koppelverluste reduziert werden . Die Lichtkonversionsschicht ist also ohne Kleber direkt auf der Lichtemissionsfläche des Chips angeordnet . Zudem kann die thermische und elektrische Anbindung des Chips auf dem Trägersubstrat erhöht werden, da die Anbindung zu einem Zeitpunkt erfolgt , zu dem die Konversionsschicht noch nicht auf dem Chip angeordnet ist und somit höhere Temperaturen verwendet werden können . Der Chip wird dazu gemäß einer ersten Ausführungsform auf einem Trägersubstrat , wie beispielsweise einem Leadframe oder einer Leiterplatte , angeordnet , elektrisch angeschlossen, und anschließend mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt . Das Trägersubstrat bildet dabei insbesondere bereits das endgültige Substrat , auf dem der Chip auch in der finalen Vorrichtung angeordnet ist . Durch den Schritt des Verkapselns wird der Chip in laterale Richtung von dem Verkapselungsmaterial umschlossen und somit durch die Verkapselung geschützt . Zudem ist das Werkzeug zum Verkapseln des Chips derart ausgebildet , dass das Verkapselungsmaterial den Chip in vertikale Richtung überragt und oberhalb der lichterzeugenden epitaktischen Schicht bzw . der Lichtemissionsfläche des Chips eine Kavität ausgebildet ist , die zumindest die Lichtemissionsfläche freilegt . Beispielsweise kann die Lichtemissionsfläche des Halbleiterchips kleiner ausgebildet sein als eine Oberseite des Halbleiterchips und sich somit nur einen Teilbereich der Oberseite des Halbeliterchips erstrecken, es ist j edoch auch möglich, dass sich die Lichtemissionsfläche des Halbleiterchips über die gesamte Oberseite des Halbleiterchips erstreckt .
Da der Schritt des Verkapselns ein verhältnismäßig ungenauer Prozess zum Erzeugen einer Kavität ist , die sowohl größentechnisch als auch positionstechnisch im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet bzw . angeordnet ist , kann die Kavität bewusst größer als die Lichtemissionsfläche gewählt sein, sodass trotz Fertigungstoleranzen die Lichtemissionsfläche vollständig innerhalb der Kavität liegt und nicht durch das Verkapselungsmaterial bedeckt wird .
Aufgrund der Fertigungstoleranzen und der insbesondere größer dimensionierten Kavität ist die genaue Position der Lichtemissionsfläche gegenüber der Kavität j edoch nicht genau bekannt und kann von Vorrichtung zu Vorrichtung abweichen . In einem weiteren Schritt wird daher die Position der Lichtemissionsf lä- ehe gegenüber der Kavität bestimmt . Dies kann mittels sehr genauen optischen Verfahren erfolgen, entweder in einem Zustand in dem der Chip durch die Lichtemissionsfläche Licht emittiert , oder in einem Zustand in dem der Chip kein Licht emittiert . Die bekannte Position der Lichtemissionsfläche gegenüber der Kavität kann dann verwendet werden, um ein in die Kavität eingebrachtes photosensitives Material zu strukturieren, nämlich derart , dass das photosensitive Material im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche eine Öffnung aufweist .
Im Vergleich zu dem Schritt des Verkapselns handelt es sich bei dem Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials um einen verhältnismäßig genauen Prozess zum Erzeugen einer Öffnung bzw . Kavität . Mittels des photosensitiven Materials und dem Strukturieren des photosensitiven Materials kann somit in der verhältnismäßig ungenau positionierten und „überdimensionierten" Kavität in dem Verkapselungsmaterial in einem Folgeschritt eine verhältnismäßig genau positionierte und genau dimensionierte Öffnung gegenüber der Lichtemissionsfläche erzeugt werden . Der Schritt des Strukturierens des photosensitiven Material bzw . insbesondere ein Belichten des photosensitiven Material zum Öffnen des photosensitiven Materials in einem gewünschten Bereich kann dabei zum einen mit einer externen/se- paraten Lichtquelle erfolgen, j edoch ist es auch denkbar , dass mittels des lichtemittierenden Bauelements der optoelektronischen Vorrichtung selbst das photosensitive Material oberhalb der Lichtemissionsfläche geöffnet wird .
Die entstandene Öffnung in dem photosensitiven Material dient im Weiteren dann als Schablone bzw . Mas ke um eine Lichtkonversionsschicht sehr nahe , genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche direkt auf dem Chip zu erzeugen . Dazu wird die Öffnung beispielsweise mit einem lichtkonvertierenden Material , beispielsweise ein Matrixmaterial umfassend lichtkonvertierende Partikel , gefüllt und das Material ausgehärtet . Das verbliebene photosensitive Material kann anschließend entfernt werden, und der dadurch entstehende Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht kann mit einem reflektierenden Vergussmaterial gefüllt werden, um die Auskoppeleffizienz und Effizienz der Lichtkonversion weiter zu erhöhen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Chip auf einem Trägersubstrat , wie beispielsweise einem Leadframe oder einer Leiterplatte , angeordnet , elektrisch angeschlossen und die Position der Lichtemissionsfläche des Chips wird gegenüber bzw . in Bezug auf das Trägersubstrat bestimmt . Dies kann mittels sehr genauen optischen Verfahren erfolgen, entweder in einem Zustand in dem der Chip durch die Lichtemissionsfläche Licht emittiert , oder in einem Zustand in dem der Chip kein Licht emittiert . Die Bestimmung der Position kann beispielsweise notwendig sein, da das Anordnen des Chips auf dem Trägersubstrat aufgrund von Positionierungstoleranzen verhältnismäßig ungenau sein kann, sodass die Position der Lichtemissionsfläche in Bezug auf das Trägersubstrat nur verhältnismäßig ungenau bekannt sein kann .
Die durch die Bestimmung bekannte Position der Lichtemissionsfläche gegenüber dem Trägersubstrat kann dann verwendet werden, um ein auf den Chip und optional auch auf das Trägersubstrat aufgebrachtes photosensitives Material zu strukturieren, nämlich derart , dass das photosensitive Material im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche verbleibt und Bereiche des photosensitiven Materials , die nicht deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche sind, entfernt werden . Durch das Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche in Kombination mit dem Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials kann somit mittels eines einfachen aber verhältnismäßig genauen Prozesses das photosensitive Material derart strukturiert werden, dass es verhältnismäßig genau positioniert und genau dimensioniert im Wesentlichen deckungsgleich auf der Lichtemissionsfläche verbleibt . Der Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials bzw . insbesondere ein Belichten des photosensitiven Materials in einem gewünschten Bereich kann dabei zum einen mit einer externen/separaten Lichtquelle erfolgen, j edoch ist es auch denkbar , dass mittels des lichtemittierenden Bauelements selbst das photosensitive Material oberhalb der Lichtemissionsfläche belichtet wird .
Alternativ ist es möglich, dass das photosensitive Material bereits zu einem Zeitpunkt positionsgenau auf die Lichtemissionsfläche aufgebracht bzw . strukturiert wird, zu dem sich der Chip noch im Wafer Verbund, also auf dem Aufwachswafer bzw . Herstellungssubstrat des Chips befindet . Eine Bestimmung der Position der Lichtemissionsfläche des Chips mittels eines separaten optischen Verfahrens kann in solch einem Fall entfallen, da die genaue Position der Lichtemissionsfläche des Chips gegenüber dem Wachstumssubstrat aufgrund der Herstellung auf demselben Substrat bereits bekannt sein kann bzw . leicht ohne ein separates optisches Verfahren bestimmt werden kann . Entsprechend kann das photosensitive Material bereits vorab positionsgenau auf der Lichtemissionsfläche des Chips angeordnet werde , ohne , dass ein weiteres optisches Verfahren zur Bestimmung der Position der Lichtemissionsfläche zu einem späteren Zeitpunkt notwendig ist .
Das auf der Lichtemissionsfläche und im Wesentlich deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche angeordnete photosensitive Material kann im Weiteren als Platzhalter für eine Lichtkonversionsschicht dienen, die zu einem späteren Zeitpunkt auf der Lichtemissionsfläche anstelle des photosensitiven Materials ausgebildet wird . Dazu wird der Chip auf dem Trägersubstrat mit dem auf dem Chip angeordneten photosensitive Material mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt . Durch den Schritt des Verkapselns wird der Chip und das photosensitive Material in laterale Richtung von dem Verkapselungsmaterial um- schlossen und somit durch die Verkapselung geschützt . Das Verkapselungsmaterial kann dabei an einer Oberfläche gegenüber dem Trägersubstrat im Wesentlichen Plan mit dem photosensitiven Material abschließen, oder es kann mittels einem entsprechendem Werkzeug zum Verkapseln des Chips eine Kavität oberhalb des photosensitiven Materials derart ausgebildet werden, dass das Verkapselungsmaterial den Chip und das photosensitive Material in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist , die zumindest das photosensitive Material freilegt .
Das photosensitive Material als positionsgenauer Platzhalter für die spätere Lichtkonversionsschicht kann in einem verhältnismäßig ungenauen Prozess , wie das Verkapseln des Chips auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial , verwendet werden, um eine positionsgenaue Kavität in der reflektierenden Verkapselung auszubilden, die dann mit einem Lichtkonversionsmaterial zur Ausbildung der Lichtkonversions- schicht gefüllt werden kann . Dazu wird nach dem Verkapseln des Chips auf dem Trägersubstrat und einem Aushärten des reflektierenden Verkapselungsmaterials das photosensitive Material auf der Lichtemissionsfläche entfernt , und die dadurch entstehende Kavität in der reflektierenden Verkapselung dient als Schablone bzw . Maske um eine Lichtkonversionsschicht sehr nahe , genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche direkt auf dem Chip zu erzeugen . Dazu wird die Kavität beispielsweise mit einem lichtkonvertierenden Material , beispielsweise ein Matrix- material umfassend lichtkonvertierende Partikel , gefüllt und das Material ausgehärtet .
Das durch die beschriebenen Schritte der verschiedenen Ausführungsformen entstehende Package schützt alle empfindlichen Elemente der Vorrichtung und ist mechanisch deshalb sehr robust . Es lässt sich aufgrund des großen Anteils an parallelisierbaren Prozessen zudem kostengünstig herstellen, und es kann eine Helligkeitssteigerung der optoelektronischen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Vorrichtungen erzielt werden .
Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung kombiniert die Merkmale :
Genau definierte Lage und geringe Dicke einer Konversionsschicht möglich, sowie Verzicht auf eine Kleberfuge ( im Vergleich zu einem sogenannten Layer Attach Prozess oder anderen alternativen Ansätzen ) ;
Realisierung einer Konversionsschicht zu einem späten Zeitpunkt im Herstellungsprozess ( im Vergleich zu Prozessen, bei denen eine Lichtkonversionsschicht auf einen Chip zu einem Zeitpunkt aufgebracht wird, bei dem sich der Chip noch im Wafer Verbund befindet ) und die damit einhergehenden Vorteile ;
Realisierbarkeit einer Konversionsschicht ohne Verwendung eines temporären Trägers und die damit einhergehenden Vorteile , da der Schritt des Aufbringens der Konversionsschicht durchgeführt wird, wenn der Chip bereits auf dem endgültigen Trägersubstrat abgeordnet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst eine optoelektronische Vorrichtung ein Trägersubstrat mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich, und ein lichtemittierendes Bauelement , das auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt ist . Zudem ist eine reflektierende Verkapselung auf dem Trägersubstrat angeordnet , die das lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung umgibt , die das lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt , und die eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelementes ausbildet . In der Kavität ist auf dem lichtemittierenden Bauelement eine Lichtkonversionsschicht angeordnet , die in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist . Die ausgebildete Kavität weist einen Boden auf , der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt , und die ausgebildete Kavität weist Seitenflächen auf , die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und der reflektierenden Verkapselung ergibt .
Bei der Lichtkonversionsschicht kann es sich beispielsweise um eine Schicht umfassend ein Matrixmaterial mit darin befindlichen Lichtkonversionspartikeln handeln, die dazu ausgebildet sind, ein von dem lichtemittierenden Bauelement emittiertes Licht einer ersten Wellenlänge , welches auf die Lichtkonversi- onspartikel auftrifft , in Licht einer zur ersten unterschiedlichen zweiten Wellenlänge zu konvertieren . Bei den Lichtkonversionspartikeln kann es sich beispielweise um sogenannte Leuchtstoffe oder Phosphore handeln . Bei dem Matrixmaterial kann es sich beispielsweise um ein Silikon handeln .
Bei der reflektierenden Verkapselung bzw . dem reflektierenden Verkapselungsmaterial kann es sich beispielsweise um eine weiße Verkapselung bzw . ein weißes Verkapselungsmaterial handeln .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Boden der ausgebildeten Kavität , in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche , größer als die Lichtemissionsfläche . Insbesondere ist die Grundfläche der Kavität größer als die Lichtemissionsfläche und derart gegenüber der Lichtemissionsfläche angeordnet , dass die Lichtemissionsfläche von der reflektierenden Verkapselung freibleibt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Abstand von einer ersten Seitenfläche der Kavität hin zu einem zur ersten Seitenfläche nächstliegenden ersten Rand der Lichtemissionsfläche größer ist als ein Abstand von einer zweiten Seitenfläche der Kavität hin zu einem zur zweiten Seitenfläche nächstliegenden zweiten Rand der Lichtemissionsfläche . Der Boden bzw . die Grundfläche der Kavität kann entsprechend außermittig bzw . nicht symmetrisch gegenüber dem Schwerpunkt der Lichtemissionsfläche angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der Kavität von einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung hin zum Boden der Kavität ab . Die Seitenflächen der Kavität sind entsprechend gegenüber der Lichtemissionsfläche bzw . der dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung geneigt , insbesondere um einen Winkel zwischen 0 ° und 90 ° , sodass sich die Kavität in Richtung der Lichtemissionsfläche verj üngt . Dies kann insbesondere dadurch bedingt sein, dass ein Werkzeug/Stempel zum Ausbilden der Kavität Formschrägen zum Entformen der Kavität aufweisen kann . Es ist j edoch auch möglich, dass über die Neigung der Seitenflächen eine gewünschte Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Vorrichtung erreicht wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optoelektronische Vorrichtung ferner ein Vergussmaterial , das in dem Zwischenraum zwischen der reflektierenden Verkapselung und der Lichtkonversionsschicht in der Kavität angeordnet ist , und insbesondere den Zwischenrau auf füllt . Bei dem Vergussmaterial kann es sich beispielsweise um ein Ti02-Silikon handeln, das in den Zwischenraum eingebracht ist und das dazu ausgebildet ist ein von dem lichtemittierenden Bauelement emittiertes Licht und von der Konversionsschicht konvertiertes Licht in Richtung einer Hauptemissionsrichtung der optoelektronische Vorrichtung zu reflektieren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt eine Oberseite der Lichtkonversionsschicht mit einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung im Wesentlichen plan ab . Die Lichtkonversionsschicht kann entsprechend eine Dicke aufweisen, sodass sie in vertikale Richtung plan mit der reflektierenden Verkapselung abschließt . Eine derartige Planarität kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Menge eines in die Öffnung eingebrachten Lichtkonvertierenden Materials zur Erzeugung der Lichtkonversionsschicht exakt gewählt ist , sodass das Lichtkonvertierende Material die Öffnung exakt ausfüllt , oder die Planarität kann durch Abschleifen der Lichtkonversionsschicht und/oder der reflektierenden Verkapselung erzielt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtkonversionsschicht von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln auf . Ein Großteil der Lichtkonversionspartikel in der Lichtkonversionsschicht kann sich entsprechend in einem Bereich der Lichtkonversionsschicht nahe der Lichtemissionsfläche befinden, wohingegen ein Bereich der Lichtkonversionsschicht weiter weg von der Lichtemissionsfläche eine geringere Konzentration an Lichtkonversionspartikel aufweisen kann . Dadurch kann zum einen eine erhöhte Effizienz der Lichtkonversion erreicht werden, und die optoelektronische Vorrichtung kann abgeschliffen werden, ohne eine Farbortänderungen zu riskieren, da sich an der Oberseite der Lichtkonversionsschicht keine oder nur kaum Lichtkonversionspartikel befinden, die bei einem Schleifen der Oberseite herausgerissen werden könnten .
Bei dem lichtemittierenden Bauelement kann es sich um einen LED- Chip handeln, der dazu ausgebildet ist Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren . Insbesondere kann es sich bei dem lichtemittierenden Bauelement um einen entsprechend der emittierten Wellenlänge vorsortierten LED-Chip handeln, der beispielsweise dazu ausgebildet ist , blaues Licht zu emittieren . Das lichtemittierenden Bauelement kann beispielsweise ein Lichtemissionsfläche mit einer Größe im Bereich von 0 , 5 mm2 bis 2 mm2 , beispielsweise 1mm2 , und eine Höhe von 80 pm bis zu 200 pm, insbesondere bis zu 120pm aufweisen . Die Kantenlange eines solchen lichtemittierenden Bauelements kann beispielsweise im Bereich zwischen 10 pm bis 50 pm liegen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauelement durch einen Flip-Chip gebildet . Der Flip-Chip kann elektrische Anschlussflächen auf derselben Seite , nämlich der Unterseite des Chips aufweisen . Die elektrischen Anschlussflächen auf der Unterseite können auf dem ersten bzw . zweiten Kontaktbereich angeordnet sein und mit diesem elektrisch verbunden sein . Die reflektierende Verkapselung kann dabei insbesondere nur geringfügig höher als der Chip auf dem Trägersubstrat ausgebildet sein, sodass sich für die Kavität eine Tiefe ergibt , die mit einer gewünschten Dicke der Konversionsschicht korreliert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauelement mittels eines Bonddrahtes mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt , und der Bonddraht ist vollständig von der reflektierenden Verkapselung umschlossen . Das lichtemittierende Bauelement kann beispielsweise durch einen Top Contact Chip gebildet sein, der eine elektrische Anschlussfläche auf dessen Unterseite und eine elektrische Anschlussfläche auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Chips aufweist . Die elektrische Anschlussfläche auf der Unterseite kann auf dem ersten Kontaktbereich angeordnet sein und mit diesem elektrisch verbunden sein, und die elektrische Anschlussfläche auf der Oberseite kann mittels eines Bonddrahtes mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein . Die reflektierende Verkapselung kann dabei insbesondere mindestens so hoch auf dem Trägersubstrat ausgebildet sein, dass der Bonddraht vollständig von dem Verkapselungsmaterial bedeckt ist . Aufgrund der dadurch entstehenden Höhe der reflektierenden Verkapselung kann die Kavität in entsprechender Weise eine Höhe aufweisen, die größer als im Falle der Verwendung eines Flip-Chips ist . Aufgrund der Höhe der Kavität kann es daher gewünscht sein, dass die Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist , sodass sich eine Epi-nahe , dichte Leuchtstoffpackung von Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht ergibt .
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung vorgeschlagen . Das Verfahren umfasst folgende Schritte :
Bereitstellen eines Trägersubstrats mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement welches eine Lichtemissionsfläche aufweist ;
Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche ;
Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials derart , dass eine Öffnung in dem photosensitiven Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist , oder, dass das photosensitive Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist ;
Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements auf dem Trägersubstrat mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial derart , dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist , das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt , und das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet , die einen Boden aufweist , der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt ; und
Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht in der Kavität auf der Lichtemissionsfläche derart , dass die Lichtkonversionsschicht in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist .
Die Schritte des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials können insbesondere gängige Fotolithographie- Prozesse , sowie Nano imprint- , Laser- und Ätzprozesse zur Erzeugung der j eweilig gewünschten Strukturierung in einem photosensitiven Material umfassen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Entfernen des photosensitiven Materials nachdem das wenigstens einen lichtemittierende Bauelement auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt worden ist , sodass sich oberhalb der Lichtemissionsfläche eine positionsgenaue Kavität in dem Verkapselungsmaterial ausbildet . Der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht kann dann nach dem Schritt des Entfernens des photosensitiven Materials in der positionsgenauen Kavität erfolgen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials nach dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements in der in dem reflektierenden ersten Verkapselungsmaterial ausgebildeten Kavität . Die ausgebildete Kavität weist dabei insbesondere Seitenflächen auf , die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtemissionsfläche und somit zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind und das Anordnen und Strukturieren des photosensitiven Materials erfolgt insbesondere derart , dass eine Öffnung in dem photosensitiven Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist . Die Lichtkonversionsschicht wird anschließend in der Öffnung erzeugt , sodass ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial mit dem photosensitiven Material gefüllt ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials hingegen vor dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements . Insbesondere erfolgt der der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials dabei derart , dass das photosensitive Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist . Anschließend wird das lichtemittierende Bauelement auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt , derart , dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement und das photosensitive Material auf der Lichtemissionsfläche in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist , das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt , und das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb der Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet , die mit dem photosensitiven Material gefüllt ist . Anschließend wird das photosensitive Material in der Kavität entfernt und in der Kavität kann eine mit der Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich ausgebildete Lichtkonversionsschicht ausgebildet werden .
Der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht in der Kavität des reflektierenden Verkapselungsmaterials bzw . in der Öffnung des photosensitiven Materials kann ein Auffüllen der Öffnung mit einem lichtkonvertierenden Material umfassen . Das Auffüllen mit dem lichtkonvertierenden Material kann beispielsweise mittels Rakeln, Drucken, Jetten, Dispensen, oder Sprühen erfolgen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht zudem ein Aushärten bzw . Ausheizen des lichtkonvertierenden Materials , sodass dieses zum einen in sich selbst stabil ist , und zum anderen eine feste Verbindung mit dem wenigstens einen lichtemittierenden Bauelement eingeht . Die dadurch entstehende Konversionsschicht kann entsprechend eine feste Verbindung mit dem wenigstens einen lichtemittierenden Bauelement aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements einen Film-Assisted-Molding Schritt . Film-Assisted Molding ( FAM) ist eine Variante des Transfer Molding . Beim Film-Assisted Molding werden Kunststofffolien in einer Form verwendet und diese unter Vakuum in die inneren Oberflächen der Form (Angüsse , Kavitäten und Anschnitte ) gesaugt , bevor die zu verkapselnden Produkte in die Form eingelegt werden . Danach folgt ein Um- spritzungs- bzw . Verkapselungsprozess . Die Formmasse wird zunächst durch Hitze und Druck verflüssigt , dann in geschlossene Formhohlräume gepresst und dort unter weiterer Hitze und Druck gehalten, bis das gesamte Material erstarrt ( d . h . ausgehärtet ) ist . Nach dem Öffnen der Form werden die eingekapselten Produkte entnommen . Das Film-Assisted Molding bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellem Transfermolding . Dazu gehören die einfache Entformung der umspritzten Produkte und die Tatsache , dass Metalloberflächen der Form von klebriger Formmasse freigehalten werden können . Ein weiterer Vorteil ist , dass die Folie als Schutz fungiert , was zu einem geringeren Verschleiß der Formteile , d . h . zu einer längeren Lebensdauer führt . Zudem ist es auch möglich filigranerer und enger beieinander liegende Strukturen mittels FAM herzustellen bzw . sauber zu Entformen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Entfernen des photosensitiven Materials in dem Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht . Der Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversions- schicht und insbesondere die finale optoelektronische Vorrichtung können entsprechend frei von dem photosensitiven Material sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zudem ein Einbringen eines Vergussmaterials , insbesondere eines reflektierenden Vergussmaterials , in den Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht . Das Vergussmaterial kann dabei als Reflektor dienen, der die Effizienz der optoelektronischen Vorrichtung weiter erhöht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Planarisieren zumindest der Lichtkonversionsschicht , und optional auch des reflektierenden Verkapselungsmaterials und des reflektierenden Vergussmaterials .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht , sodass die Lichtkonversionsschicht von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist .
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung vorgeschlagen . Das Verfahren umfasst folgende Schritte :
Bereitstellen eines Trägersubstrat mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement ; Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements auf dem Trägersubstrat mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial derart , dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist , das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt , und das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet die einen Boden aufweist , der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt ;
Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes gegenüber der ausgebildeten Kavität ;
Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials in der Kavität derart , dass eine Öffnung des photosensitiven Materials in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist ; und
Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht auf der Lichtemissionsfläche in der Öffnung des photosensitiven Materials ; wobei die ausgebildete Kavität Seitenflächen aufweist , die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversions- schicht angeordnet sind; und wobei während dem Erzeugen der Lichtkonversionsschicht ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial mit dem photosensitiven Material gefüllt ist .
Mögliche Vorteile , die sich durch die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung ergeben können, sind : Der Prozessfluss ist sowohl auf einem Leadframe als auch auf Leiterplatten, Keramiksubstraten oder anderen Substraten realisierbar ;
Eine Konversionsrate der Konversionsschicht ist nicht von der Höhe des Lichtemittierenden Chips abhängig;
Die Trägersubstratrückseite ist während der gesamten Prozesskette zugänglich, sodass j eder Chip elektrisch kontaktierbar ist , z . B . für Farbortregelung . ;
Verschiedene Chips und somit verschiedene optoelektronische Vorrichtungen sind individuell anpassbar bzgl . der Menge an Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht , d . h . anpassbar auf eine (bekannte ) Wellenlänge ;
Individuell einstellbare Menge an Lichtkonvertierungspar- tikeln in Kombination mit der ständigen Betreibbar keit des Chips führt dazu, dass der Farbort des konvertierten Lichts individuell während der Herstellung bestimmt und geregelt werden kann;
Die Konversionsschicht ist nicht durch Hochtemperaturprozesse , wie Drahtbond oder Thermokompressionsbond Prozesse , belastet ;
Eine Epi-nahe , dichte Leuchtstoffpackung , beispielsweise mittels Sedimentation der Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht ;
Eine exakte Ausrichtung der Konversionsschicht gegenüber der Lichtemissionsfläche ;
Kein Kleber zwischen Lichtkonversionsschicht und Chip bzw . Lichtemissionsfläche ;
Die Konversionsschicht wird während der Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung keinem mechanischen Druck ausgesetzt ;
Ein hartes Package (Mold compound ) aufgrund der Verkapselung mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial ;
Ein möglicher Bonddraht ist vollständig in dem hartem Verkapselungsmaterial eingebettet und dadurch geschützt ; Die optoelektronische Vorrichtung ist überschleifbar ohne Farbortänderungen zu riskieren und ohne Leuchtstoff körner schleifen zu müssen (Ausbruchgefahr ) ;
Der Kontrast der Lichtemission der optoelektronische Vorrichtung ist optimierbar durch reflektierendes Vergussma- terial , bspw . TiCh-Silikon, in den Zwischenräumen zwischen Konversionsschicht und reflektierendem Verkapselungsmaterial ;
Die optoelektronische Vorrichtung kann sowohl Chiptpyen mit Topkontakt oder rückseitigen Kontakten ( z . B . Flipchip ) umfassen . ;
In verschiedenen Bauformen und Substrattypen realisierbar;
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen, j eweils schematisch,
Fig . 1A bis 1K Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips ;
Fig . 2A bis 2N Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung; und
Fig . 3A bis 3M Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung .
Detaillierte Beschreibung Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen .
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , "kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten .
Figuren 1A bis 1K zeigen Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .
In einem ersten Schritt wird dazu, wie in Fig . 1A dargestellt , ein Trägersubstrat 2 wie beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Leadframe mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich 3a , 3b bereitgestellt . Auf dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 3a , 3b ist j eweils ein Kontaktpad vorgesehen, auf das in einem nachfolgenden Schritt , wie in Fig . 1B dargestellt , ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Flip-Chips aufgebracht wird . Das lichtemittierende Bauteil 4 weist eine Lichtemissionsfläche 4a auf einer den elektrischen Anschlussflächen des Bauteils gegenüberliegenden Seite auf , und ist dazu ausgebildet Licht in Richtung der Hauptemissionsrichtung L zu emittieren .
In einem weiteren Schritt wird dann, wie in Fig IC dargestellt , das lichtemittierende Bauteil 4 mittels einem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 verkapselt . Bei dem Schritt des Verkapselns kann es sich insbesondere um ein Film-Asissted Molding handeln, mittels dem das lichtemittierende Bauteil 4 derart verkapselt wird, dass das lichtemittierende Bauteil 4 lateral von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 umschlossen ist , dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt , und, dass eine Kavität 6 oberhalb der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist , sodass zumindest die Lichtemissionsfläche 4a von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 freibleibt .
Die Kavität weist einen Boden 6a auf , der mit der Lichtemissionsfläche zusammenfällt bzw . mit der Lichtemissionsfläche in derselben Eben liegt . Ferner weist die Kavität Seitenflächen 6b, 6c auf , die j eweils beabstandet zu j eweils nächstliegenden Rändern der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet sind . Im dargestellten Fall ist die Lichtemissionsfläche mittig in der Kavität angeordnet , sodass der Schwerpunkt der Lichtemissionsfläche und der Schwerpunkt des Bodens der Kavität zusammenfallen . Es ist j edoch auch möglich, dass die Kavität bzw . der Boden versetzt gegenüber der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist .
Insbesondere kann die Position der Kavität gegenüber der Lichtemissionsfläche aufgrund von Fertigungstoleranzen und dem relativ ungenauen Fertigungsschritt zum Erzeugen der Kavität von Vorrichtung zu Vorrichtung abweichen, weshalb die Kavität in einem ersten Schritt gewünscht „überdimensioniert" ausgebildet ist , um sicherzustellen, dass die Lichtemissionsfläche von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial freibleibt .
In einem weiteren Schritt , wie in Fig . ID dargestellt , wird anschließend die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber der Kavität 6 mittels eines optischen Verfahrens bestimmt ( dargestellt durch die beiden Pfeile ) . Die dadurch gewonnene Information wird anschließend verwendet , um, wie in den Figuren IE bis IG dargestellt , ein in die Kavität 6 eingebrechtes photosensitives Material 11 ( siehe Fig . IE ) derart zu strukturieren ( siehe die Pfeile in Fig . 1F ) , dass es eine Öffnung 12 aufweist ( siehe Figur IG ) , die in Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche 4a im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist . Die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber Trägersubstrat 2 kann auch zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise nachdem das lichtemittierende Bauteil 4 auf dem Trägersubstrat 2 positioniert worden ist .
Durch das Einbringen und Strukturieren des photosensitiven Materials 11 in der Kavität 6 und durch das Erzeugen der Öffnung 12 in dem photosensitiven Material 11 wird die relativ ungenau gefertigte Kavität 6 mittels eines relativ genau einstellbaren Verfahrens verkleinert . Dadurch ist es möglich eine Öffnung 12 zu erzeugen, die im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist und, die für verschiedene Position der Lichtemissionsfläche 4a individuell an der entsprechenden Position erzeugt werden kann .
In die nun sehr genau positionierte Öffnung 12 kann in einem weiteren Schritt , wie in Fig . 1H dargestellt , ein lichtkonvertierendes Material zum Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht 7 eingebracht werden . Durch die sehr genau positionierte Öffnung 12 ist es so auf einfache Weise möglich, die Lichtkonversions- schicht 7 derart zu dimensionieren und aus zubilden, dass sie sehr nahe , genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist und nicht über diese hinausragt .
Nachdem die Lichtkonversionsschicht 7 ausgehärtet ist kann das verbliebene photosensitive Material 11 in dem Zwischenraum 8 zwischen der Lichtkonversionsschicht 7 und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 , wie in fig . II dargestellt , entfernt werden . Der Zwischenraum 8 kann nun frei von j eglichem Material bleiben, oder er kann mit einem Vergussmaterial 9 , insbesondere einem reflektiven Vergussmaterial , wie in Fig . 1J dargestellt , auf gefüllt werden .
Anschließend wird die optoelektronische Vorrichtung 1 , durch Vereinzeln, beispielsweise mittels Sägen durch das Trägersubstrat 2 und das Verkapselungsmaterial 5 , wie in Fig . 1K dargestellt , aus dem Verbund herausgelöst . Exemplarisch ist in den Schritten 1A bis 1K lediglich das Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt , es versteht sich j edoch, dass mittels des beschriebenen Verfahrens gleichzeitig auch mehrere optoelektronische Vorrichtungen 1 auf demselben Trägersubstrat 2 erzeugt werden können, die abschließend durch einen Trennschritt , wie in Fig . 1K dargestellt , vereinzelt werden .
Figuren 2A bis 2N zeigen Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .
Gegenüber der in den Fig . 1A bis 1K gezeigten Schritte wird auf das Trägersubstrat 2 , wie in Fig . 2A und 2B dargestellt , j edoch ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Top Contact Chips auf dem ersten Kontaktbereich 3a angeordnet und mittels eines Bonddrahtes 10 mit dem zweiten Kontaktbereich 3b elektrisch angeschlossen . Der Bonddraht führt im Weiteren auch dazu, dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 , wie in Fig . 2D dargestellt eine größere Höhe aufweist , da mittels dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 auch der Bonddraht 10 verkapselt wird, um diesen vor äußeren Einflüssen zu schützen . Daraus resultiert , im Vergleich zu dem in Figur IC dargestellten Schritt , gleichzeitig, dass die Kavität 6 eine größere Tiefe aufweist . Zudem kann der Bonddraht 10 bzw . die Position des Bonddrahtes 10 , wie in Fig . 2D dargestellt , dazu führen, dass die Kavität 6 gegenüber der Lichtemissionsfläche 4a außermittig angeordnet ist , sodass Seitenflächen 6a , 6c der Kavität 6 einen unterschiedlichen Abstand zu einem j eweils nächstliegenden Rand der Lichtemissionsfläche 4a aufweisen .
Die Schritte der Figuren 2E bis 2H können anschließend entsprechend der in den Figuren ID bis IG beschriebenen Schritte durchgeführt werden .
Aufgrund der größeren Tiefe der Kavität kann das Erzeugen der Lichtkonversionsschicht 7 , wie für Fig . 1H beschrieben, zudem j edoch ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht 7 umfassen, sodass die Lichtkonversionsschicht 7 von einer Oberseite der Lichtkonversions- schicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement 4 einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversions- schicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist . Eine derartige Ausführung soll durch die beiden Bereiche der Lichtkonversionsschicht in Fig . 2J angedeutet werden, wobei der Bereich der Konversionsschicht 7 , der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt , eine höhere Konzentration an Lichtkonversionspartikeln aufweist als der darüberliegende Bereich . Die in fig . 21 hingegen dargestellte Lichtkonversionsschicht 7 weist hingegen lediglich einen Bereich auf , in dem die Lichtkonversionspartikel homogen verteilt sind . Durch das Erzeugen, oder beim Erzeugen der Lichtkonversions- schicht 7 kann es zudem vorkommen, dass diese das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 überragt ( dargestellt durch die schraffierte Fläche in Fig . 2K) . Dies kann entweder gewünscht sein, j edoch kann es auch gewünscht sein den überstehenden Bereich durch Abschleifen zu entfernen . Im Falle , dass es gewünscht ist den überstehenden Bereich der Lichtkonversionsschicht abzuschleifen kann es bevorzugt sein, dass durch Sedimentieren die Lichtkonversionspartikel in der Lichtkonversionsschicht 7 die Lichtkonversionspartikel vermehrt in dem Bereich der Konversionsschicht 7 , der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt , angeordnet sind, und so die Lichtkonversionsschicht durch Abschleifen derselben nicht beschädigt wird oder deren Eigenschaften verändert werden .
Die Schritte der Figuren 2L bis 2N können anschließend entsprechend der in den Figuren I I bis 1K beschriebenen Schritte durchgeführt werden .
Figuren 3A bis 3M zeigen Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .
Gegenüber der in den Fig . 1A bis 1K und 2A bis 2K gezeigten Schritte erfolgt das Erzeugen einer positionsgenauen Kavität bzw . Öffnung zum Erzeugen der positionsgenauen Lichtkonversi- onsschicht , die im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelements ist , in leicht abgewandelter Form .
Das photosensitive Material wird nämlich sozusagen in Form einer kinematischen Umkehr nicht als positive Form für die positionsgenaue Kavität bzw . Öffnung, sondern als negative Form zur Erzeugung der positionsgenauen Kavität bzw . Öffnung in dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verwendet . In einem ersten Schritt wird, wie in Fig . 3A dargestellt , ein Trägersubstrat 2 wie beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Leadframe mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich 3a, 3b bereitgestellt . Auf das Trägersubstrat 2 wird wie in Fig . 3B dargestellt ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Top Contact Chips auf dem ersten Kontaktbereich 3a angeordnet und, wie in Fig . 3C dargestellt , mittels eines Bonddrahtes 10 mit dem zweiten Kontaktbereich 3b elektrisch angeschlossen .
In einem weiteren Schritt , wie in Fig . 3D dargestellt , wird anschließend die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber dem Trägersubstrat 2 mittels eines optischen Verfahrens bestimmt ( dargestellt durch die beiden Pfeile ) . Die dadurch gewonnene Information wird anschließend verwendet , um, wie in den Figuren 3E bis 3G dargestellt , ein auf das lichtemittierende Bauteil 4 und das Trägersubstrat 2 aufgebrachte photosensitive Material 11 ( siehe Fig . 3E ) derart zu strukturieren ( siehe die Pfeile in Fig . 3 F) , dass das photosensitive Material 11 lediglich auf einem Bereich des lichtemittierenden Bauteils 4 verbleibt , der in Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche 4a im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist ( siehe Figur 3G ) .
In einem weiteren Schritt wird dann, wie in Fig 3H dargestellt , das lichtemittierende Bauteil 4 sowie das photosensitive Material 11 mittels einem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 verkapselt . Bei dem Schritt des Verkapselns kann es sich beispielsweise um ein Film-Asissted Molding handeln, mittels dem das lichtemittierende Bauteil 4 verkapselt wird . Das lichtemittierende Bauteil 4 und das photosensitive Material 11 werden derart verkapselt , dass das lichtemittierende Bauteil 4 und das photosensitive Material 11 lateral von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 umschlossen sind, und, dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt und mit dem photosensitiven Material 11 zumindest bündig abschließt .
Das photosensitive Material 11 wird anschließend, wie in Fig . 31 gezeigt entfernt , sodass sich in dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 eine positionsgenaue Kavität 6 oberhalb der Lichtemissionsfläche 4a ergibt , die in einem weiteren Schritt , wie in Fig . 3J gezeigt , mit einem Konversionsmaterial gefüllt wird, sodass sich die Konversionsschicht 7 ergibt . Durch die sehr genau positionierte Kavität 6 ist es so auf einfache Weise möglich, die Lichtkonversionsschicht 7 derart zu dimensionieren und aus zubilden, dass sie sehr nahe , genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist und nicht über diese hinausragt .
Anschließend wird die optoelektronische Vorrichtung 1 , durch Vereinzeln, beispielsweise mittels Sägen durch das Trägersubstrat 2 und das Verkapselungsmaterial 5 , wie in Fig . 3K dargestellt , aus dem Verbund herausgelöst . Exemplarisch ist in den Schritten 3A bis 3K lediglich das Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt , es versteht sich j edoch, dass mittels des beschriebenen Verfahrens gleichzeitig auch mehrere optoelektronische Vorrichtungen 1 auf demselben Trägersubstrat 2 erzeugt werden können, die abschließend durch einen Trennschritt , wie in Fig . 3K dargestellt , vereinzelt werden .
Die Fig . 3L und 3M zeigen weitere Ausführungsformen einer derart hergestellten optoelektronischen Vorrichtung 1 .
Die Lichtkonversionsschicht 7 bzw . die Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung 1 , wie in Fig . 3L dargestellt , kann zudem ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht 7 umfassen, sodass die Lichtkonversionsschicht 7 von einer Oberseite der Lichtkonversions- schicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement 4 einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversions- schicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist . Dies soll durch die beiden Bereiche der Lichtkonversionsschicht in Fig . 3L angedeutet werden, wobei der Bereich der Konversionsschicht 7 , der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt , eine höhere Konzentration an Lichtkonversionspartikeln aufweist als der darüberliegende Bereich .
Gemäß der in Fig . 3M dargestellten Ausführungsform erfolgt der Schritt des Verkapselns des lichtemittierenden Bauteils 4 sowie des photosensitiven Materials 11 mittels dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 derart , dass das reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist . Mittels einem entsprechend strukturierten Werkzeug zum Verkapseln des Chips kann die Kavität oberhalb des photosensitiven Materials derart ausgebildet werden, dass das Verkapselungsmaterial den Chip und das photosensitive Material in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist , die zumindest das photosensitive Material freilegt .
BEZUGSZEICHENLISTE
1 optoelektronische Vorrichtung
2 Träger subs trat 3a, 3b Kontaktbereich
4 lichtemittierendes Bauelement
4a Licht emissions fläche
5 reflektierendes Verkapselungsmaterial
6 Kavität 6a Boden
6b, 6 c Seitenfläche
7 Li chtkonver sions schicht
8 Zwischenraum
9 Vergussmaterial 10 Bonddraht
11 photosensitives Material
12 Öffnung
L Hauptemissionsrichtung

Claims

PATENTANS PRÜCHE Optoelektronische Vorrichtung (1) umfassend: ein Trägersubstrat (2) mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich (3a, 3b) ; ein lichtemittierendes Bauelement (4) , das auf dem Trägersubstrat (2) angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich (3a, 3b) elektrisch gekoppelt ist; eine reflektierende Verkapselung (5) , die auf dem Trägersubstrat (2) angeordnet ist, die das lichtemittierende Bauelement (4) in lateraler Richtung umgibt, die das lichtemittierende Bauelement (4) in vertikaler Richtung überragt, und die eine Kavität (6) oberhalb einer Lichtemissionsfläche (4a) des lichtemittierenden Bauelementes (4) ausbildet; und eine Lichtkonversionsschicht (7) , die direkt auf dem lichtemittierenden Bauelement (4) in der Kavität (6) angeordnet ist; wobei die Lichtkonversionsschicht (7) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist, wobei die ausgebildete Kavität (6) einen Boden (6a) aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche (4a) liegt, und wobei die ausgebildete Kavität (6) Seitenflächen (6b, 6c) aufweist, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht (7) angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum (8) zwischen der Lichtkonversionsschicht (7) und der reflektierenden Verkapselung (5) ergibt. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Boden (6a) der ausgebildeten Kavität (6) , in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) , größer als die Lichtemissionsfläche (4a) ist. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand von einer ersten Seitenfläche (6b) der Kavität (6) hin zu einem zur ersten Seitenfläche (6b) nächstliegenden ersten Rand der Lichtemissionsfläche (4a) größer ist als ein Abstand von einer zweiten Seitenfläche (6c) der Kavität (6) hin zu einem zur zweiten Seitenfläche (6c) nächstliegenden zweiten Rand der Lichtemissionsfläche ( 4a) . Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen (6b, 6c) der Kavität (6) von einer dem Trägersubstrat (2) gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung (5) hin zum Boden (6a) der Kavität (6) abnimmt. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Vergussmaterial (9) , das in dem Zwischenraum (8) zwischen der reflektierenden Verkapselung
(5) und der Lichtkonversionsschicht (7) in der Kavität
(6) angeordnet ist, und insbesondere den Zwischenraum (8) auf füllt . Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Oberseite der Lichtkonversionsschicht (7) mit einer dem Trägersubstrat (2) gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung (5) im Wesentlichen plan abschließt . Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtkonversionsschicht (7) von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht (7) hin zu dem lichtemittierenden Bauelement (4) einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht (7) angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das lichtemittierende Bauelement (4) mittels eines Bonddrahtes (10) mit dem zweiten Kontaktbereich (3b) elektrisch gekoppelt ist und der Bonddraht (10) vollständig von der reflektierenden Verkapselung (5) umschlossen ist. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung (1) umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Trägersubstrats (2) mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement (4) welches eine Lichtemissionsfläche (4a) aufweist;
Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche (4a) ;
Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials (11) derart, dass eine Öffnung (12) in dem photosensitiven Material (11) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist, oder, dass das photosensitive Material (11) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) auf der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist;
Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (4) auf dem Trägersubstrat (2) mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) derart, dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement (4) in lateraler Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) umgeben ist, das reflektierende Verkapselungsmaterial (5) das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement (4) in vertikale Richtung überragt, und das reflektierende Verkapselungsmaterial (5) eine Kavität (6) oberhalb einer Lichtemissionsfläche (4a) des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes (4) ausbildet, die einen Boden (6a) aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche (4a) liegt; und
Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht (7) in der Kavität (6) auf der Lichtemissionsfläche (4a) derart, dass die Lichtkonversionsschicht (7) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) auf der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Entfernen des photosensitiven Materials (11) nachdem das wenigstens einen lichtemittierende Bauelement (4) auf dem Trägersubstrat (2) mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) verkapselt worden ist, wobei der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht (7) nach dem Schritt des Entfernens des photosensitiven Materials (11) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials (11) nach dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (4) in der ausgebildeten Kavität (6) erfolgt, und wobei die Lichtkonversionsschicht (7) in der Öffnung (12) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die ausgebildete Kavität (6) Seitenflächen (6b, 6c) aufweist, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht (7) angeordnet sind und ein Zwischenraum (8) zwischen der Lichtkonversionsschicht (7) und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) mit dem photosensitiven Material (11) gefüllt ist. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Entfernen des photosensitiven Materials (11) in dem Zwischenraum ( 8 ) . Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Einbringen eines Vergussmaterials (9) , insbesondere eines reflektierenden Vergussmaterials , in den Zwischenraum (8) . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner umfassend ein Planarisieren zumindest der Lichtkonversi- onsschicht ( 7 ) . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht (7) ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht (7) umfasst, sodass die Lichtkonversionsschicht (7) von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement (4) einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist.
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