WO2023237531A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

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optoelectronic
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Michael Zitzlsperger
Dirk Becker
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component and a method for producing an optoelectronic component.
  • Optoelectronic components are known in the prior art and are designed as so-called quad-flat no-leads packages (QFN). Another name for such components can be microlead frame components. Microconductor frame sections and optoelectronic semiconductor chips mounted thereon can be cast in a transparent potting material. The optoelectronic semiconductor chips of such optoelectronic components are arranged above the microlead frame sections.
  • QFN quad-flat no-leads packages
  • An object of the present invention is to provide an improved optoelectronic component.
  • a further object of the present invention is to provide a method for producing the optoelectronic component.
  • An optoelectronic component has a first lead frame section, a second lead frame section and an optoelectronic semiconductor chip.
  • the first lead frame section has a first top side and a first bottom side. Furthermore, the first leadframe section a first recess extending from the first top, which is guided at least to one edge of the first leadframe section. Furthermore, the first recess is guided up to a first assembly level.
  • the second leadframe section has a second top side and a second bottom side. The second lead frame section further has a second recess extending from the second top side, the second recess being guided at least to one edge of the second lead frame section. The second recess is also guided up to a second mounting level.
  • the first recess and the second recess are arranged facing each other. This can mean in particular that the edges of the first leadframe section or the second leadframe section, to which the first or second recess is guided, lie opposite one another.
  • the optoelectronic semiconductor chip is arranged on the first mounting level and is electrically conductively connected to the second mounting level.
  • the first recess and the second recess are filled with a material that is transparent in a predetermined wavelength range, the transparent material covering the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip is arranged completely within the first recess of the first lead frame section. Furthermore, it can be provided that the optoelectronic semiconductor chip is embedded in the transparent material, i.e. in particular an emission side of the optoelectronic semiconductor chip facing away from the first mounting level is covered by the transparent material. This makes it possible to provide an optoelectronic component whose overall height is significantly lower than that of the optoelectronic components known from the prior art. This can drive further miniaturization of optoelectronics.
  • the optoelectronic semiconductor chip can in particular comprise a light-emitting diode and/or a photodiode.
  • the transparent material can be used in particular in a wavelength range in which it is designed as a light-emitting diode. designed optoelectronic semiconductor chip that emits electromagnetic radiation must be transparent. Alternatively, the transparent material can be transparent in a wavelength range in which electromagnetic radiation is to be detected using the photodiode.
  • the predetermined wavelength range lies between a minimum wavelength of two hundred nanometers and a maximum wavelength of five thousand nanometers.
  • the predetermined wavelength range can also include a partial range between the minimum wavelength and the maximum wavelength. These wavelength ranges allow the most common emission wavelengths of optoelectronic semiconductor chips to be used.
  • the predetermined wavelength range includes ultraviolet radiation or visible light or infrared radiation. These radiation ranges mentioned are common wavelength ranges for optoelectronic emitting semiconductor chips/light-emitting diodes.
  • the first mounting level has a first coating.
  • the second mounting level has a second coating. It can also be provided that both the first mounting level has the first coating and the second mounting level has the second coating.
  • the first coating can, for example, make it easier to attach the optoelectronic semiconductor chip.
  • the second coating can facilitate the establishment of the electrically conductive connection between the optoelectronic semiconductor chip and the second mounting level.
  • the optoelectronic semiconductor chip is connected to the second mounting level using a bonding wire.
  • the second coating on the second assembly level can be particularly helpful. be rich.
  • the bonding wire is attached in such a way that the bonding wire is also completely covered by the transparent material and in particular the bonding wire is arranged completely within the first recess or the second recess.
  • first bottom and the second bottom lie in a first level.
  • the first assembly level and the second assembly level lie in a second level that is parallel to the first level.
  • the first top and the second top lie in a third plane, which is also parallel to the first plane. This enables a particularly simple structure of the optoelectronic component.
  • the first recess is covered with the transparent material up to the first top and the second recess up to the second top.
  • the optoelectronic component can be designed in such a way that it can be connected both over the first leadframe section exposed on the first underside and the second leadframe section exposed on the second underside, as well as over the first leadframe section exposed on the first upper side and the in The second lead frame section, which is exposed on the second top side, can be electrically contacted.
  • a first distance between the first underside and the first mounting level is between twenty and seventy micrometers.
  • the first distance can be between thirty and sixty micrometers.
  • There can also be a first distance of twenty to seventy micrometers between the second underside and the second mounting level. This helps to provide an optoelectronic component that has smaller dimensions. gene than the optoelectronic components known from the prior art.
  • a second distance between the first mounting level and the first top is between one hundred fifty and two hundred fifty micrometers.
  • the second distance can in particular be between one hundred and eighty and two hundred and twenty micrometers.
  • a thickness of the optoelectronic semiconductor chip can be approximately one hundred micrometers, so that the optoelectronic semiconductor chip can be arranged completely within the first recess for the dimensions specified for the second distance. If a bonding wire is used to electrically contact the optoelectronic semiconductor chip with the second mounting level, the bonding wire can protrude beyond the optoelectronic semiconductor chip, with a maximum height of the bonding wire being, for example, between twenty and sixty micrometers above the optoelectronic semiconductor chip and thus the bonding wire can also be arranged completely in the first recess or the second recess. In particular, the bonding wire does not protrude beyond the first top side or the second top side.
  • the optoelectronic component further has a metal layer above the first top side.
  • This metal layer can be at least one and a maximum of sixty micrometers thick and can correspondingly increase the overall height of the optoelectronic component.
  • the metal layer can, for example, serve to electrically contact the first leadframe section.
  • a further metal layer can be arranged on the second top side, which can serve to contact the second lead frame section.
  • the metal layer has an opening above the optoelectronic semiconductor chip. This enables electromagnetic radiation emanating from the optoelectronic semiconductor chip to leave the optoelectronic component through the opening or for electromagnetic radiation incident through the opening to reach the optoelectronic semiconductor chip.
  • a conversion element and/or a lens is arranged in the area of the opening.
  • Conversion elements are elements that can convert electromagnetic radiation from an optoelectronic semiconductor chip into a different wavelength range.
  • certain conversion substances can be arranged within a material, which absorb electromagnetic radiation emanating from the optoelectronic semiconductor chip and, after internal transitions, have an emission in a different wavelength range.
  • these conversion substances can also be arranged within lenses and thus the element arranged in the area of the opening can be a combined lens with conversion phosphor, i.e. a combined lens and conversion element.
  • the conversion element can in particular be raked into the opening.
  • the lens can in particular be produced using an injection molding process or applied using dispensing.
  • a further optoelectronic semiconductor chip is arranged on the metal layer. This allows further functionality of the optoelectronic component to be provided.
  • the optoelectronic semiconductor chip can emit electromagnetic radiation and the further optoelectronic semiconductor chip can chip include a photodiode, or vice versa. This makes a compact structure of an optoelectronic detection device possible.
  • part of the optoelectronic semiconductor chip is arranged below the metal layer.
  • the optoelectronic semiconductor chip can have, for example, a light-sensitive or radiation-sensitive control circuit. If this part of the optoelectronic semiconductor chip with the control circuit is arranged below the metal layer, this advantageously results in protection against electromagnetic radiation of this sensitive part of the optoelectronic semiconductor chip.
  • a further optoelectronic semiconductor chip is arranged on the second mounting level.
  • the further optoelectronic semiconductor chip is electrically conductively connected to the first leadframe section. This can also be done using bonding wire.
  • This embodiment also makes it possible to have an optoelectronic component with two optoelectronic semiconductor chips, whereby in this embodiment too the optoelectronic semiconductor chip can be a radiation-emitting semiconductor chip and the further optoelectronic semiconductor chip can be a photodiode or vice versa.
  • both the optoelectronic semiconductor chip and the further optoelectronic semiconductor chip are light-emitting optoelectronic semiconductor chips or photodiodes.
  • the optoelectronic semiconductor chip has a first doping in a layer facing the first lead frame section.
  • the further optoelectronic semiconductor chip has a first doping in a layer facing away from the second lead frame section on. This makes it possible to operate both the optoelectronic semiconductor chip and the further optoelectronic semiconductor chip in the forward direction by applying an electrical voltage to the first leadframe section and the second leadframe section.
  • the optoelectronic component has a reflecting element with which radiation emanating from the optoelectronic semiconductor chip is reflected into an area between the first leadframe section and the second leadframe section or through an area between the first Radiation entering the lead frame section and the second lead frame section is reflected to the optoelectronic semiconductor chip.
  • a reflecting element with which radiation emanating from the optoelectronic semiconductor chip is reflected into an area between the first leadframe section and the second leadframe section or through an area between the first Radiation entering the lead frame section and the second lead frame section is reflected to the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic component further has a first soldering surface which is electrically conductively connected to the first lead frame section.
  • the optoelectronic component has a second soldering area, which is electrically conductively connected to the second lead frame section.
  • the optoelectronic component can be soldered to a carrier using the soldering surfaces.
  • the soldering surfaces can in particular be on the first underside and the second underside or on the first upper side and the second upper side or on a first side surface lying between the first underside and the first upper side and on a lying between the second underside and the second upper side be arranged on the second side surface. This enables the optoelectronic component to be used flexibly as a top looker, back looker or side looker.
  • the invention further relates to a method for producing an optoelectronic component according to the invention, the method comprising the following steps: the first lead frame section with the first recess and the second Lead frame section with the second recess are formed.
  • the optoelectronic semiconductor chip is mounted on the first mounting level of the first lead frame section.
  • an electrically conductive connection is produced between the optoelectronic semiconductor chip and the second assembly level.
  • the transparent material is introduced in such a way that the first recess and the second recess are at least partially filled with the transparent material, and in such a way that the transparent material covers the optoelectronic semiconductor chip.
  • the first lead frame section with the first recess and the second lead frame section with the second recess are formed before mounting the optoelectronic semiconductor chip.
  • This can be done, for example, in particular by providing a metal layer and forming a recess starting from a first side, which will later become the top. After separating the metal layer into two sections, the recess becomes the first recess or the second recess, and then from an opposite second side, which will later become the underside, there is also a recess for separating the first lead frame section from the second lead frame section is formed.
  • the transparent material is then introduced.
  • a metal layer with a recess is first formed and the optoelectronic semiconductor chip is then mounted in the recess.
  • the electrically conductive connection between the optoelectronic semiconductor chip and the metal layer is then produced and the transparent material is introduced into the recess. Only then Finally, the metal layer is interrupted to form the first lead frame section and the second lead frame section.
  • the formation of the first lead frame section and the second lead frame section with the first recess and the second recess is therefore carried out in two sub-steps, with a first sub-step being carried out at the beginning of the manufacturing process and a second sub-step being carried out at the end of the manufacturing process.
  • FIG. 3 shows a top view of an optoelectronic component
  • FIG. 7 shows a top view of an optoelectronic component
  • 8 shows a cross section through an optoelectronic component
  • 16 shows a flowchart of a method for producing an optoelectronic component
  • Fig. 18 several cross sections through intermediate products during a manufacturing process.
  • the first lead frame section 110 has a first un- bottom side 111 and a first top side 112.
  • a first recess 114 is guided from the first top side 112 to a first edge 115 of the first leadframe section 110, with the first recess 114 being guided up to a first mounting level 113.
  • the second lead frame section 120 has a second bottom 121 and a second top 122.
  • the second lead frame section 120 further has a second recess 124 extending from the second top side 122, which is guided to a second edge 125 of the second lead frame section 120.
  • the second recess 124 is also guided up to a second mounting level 123.
  • the first recess 114 and the second recess 124 are arranged facing each other. This means in particular that the first edge 115 and the second edge 125 lie opposite one another.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is arranged on the first mounting level 113 and is electrically conductively connected to the second mounting level 123. This is achieved by an optional bonding wire 140.
  • the first recess 114 and the second recess 124 are filled with a material 150 that is transparent in a predetermined wavelength range. The transparent material 150 covers the optoelectronic semiconductor chip 130.
  • the predetermined wavelength range in which the transparent material 150 should be transparent corresponds to an emission wavelength of the optoelectronic semiconductor chip 130.
  • a nominal emission wavelength of the optoelectronic semiconductor chip 130 such as six hundred and ninety nanometers, is provided as the emission wavelength and the transparent material 150 is transparent in a wavelength range around the emission wavelength of six hundred and ninety nanometers, for example between six hundred and sixty and seven hundred and twenty nanometers is.
  • This can, for example, make it possible for the optoelectronic half- Electromagnetic radiation emitted from conductor chip 130 is not absorbed by the transparent material 150.
  • a transparent wavelength range of approximately thirty nanometers around the nominal emission wavelength has proven to be suitable.
  • the predetermined wavelength range lies within a range between two hundred nanometers and five thousand nanometers.
  • the predetermined wavelength range can include UV radiation or visible light or infrared radiation. This can be adapted to an emission wavelength of the optoelectronic semiconductor chip 130.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 can also include a photodiode, so that incident light, in particular light that hits the optoelectronic semiconductor chip 130, can be detected.
  • the predetermined wavelength range of the transparent material 150 can then be selected so that the wavelengths of interest for detection are covered. It may be the case, for example, that the specified wavelength range covers the entire visible spectrum, but not infrared or ultraviolet radiation, if, for example, only visible light is to be detected. For example, if only green light is to be detected, it can be provided that the predetermined wavelength range only includes green light.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is electrically conductively connected to the second mounting level 123 by means of a bonding wire 140.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 could, for example, also comprise a flip chip with two electrical contacts on the same side and be guided from the first lead frame section 110 to the second lead frame section 120. Even in such an design, the optoelectronic semiconductor chip 130 is electrically conductively connected to the second mounting level 123.
  • the first leadframe section 110 on the first mounting level 113 and/or the second leadframe section 120 on the second mounting level 123 has a coating, wherein the coating can be designed in such a way that an electrically conductive connection can be produced between the first lead frame section 110 and the optoelectronic semiconductor chip 130 or between the second lead frame section 120 and the optoelectronic semiconductor chip 130 is simplified.
  • an optoelectronic component 100 becomes possible, in which the optoelectronic semiconductor chip 130 is within a QFN carrier consisting of the leadframe sections 110, 120 and the transparent Material 150 is arranged. This results in a very compact arrangement of the optoelectronic component 100.
  • first underside 111 and the second underside 121 lie in a first plane.
  • the first mounting level 113 and the second mounting level 123 lie in a second level that is parallel to the first level.
  • the first top 112 and the second top 122 lie in a third plane, which is also parallel to the first plane.
  • the transparent material 150 extends to the first top 112 and the second top 122, respectively.
  • the first recess 114 up to the first top 112 and the second recess 124 up to the second top 122 are filled with the transparent material 150.
  • the first recess 114 or the two recesses 124 do not extend to the first top 112 or the second Top side 122 is filled with the transparent material 150, but the transparent material 150 only partially fills the first recess 114 and the second recess 124.
  • a first distance 161 between the first underside 111 and the first mounting level 113 is between twenty and seventy micrometers, in particular between thirty and sixty micrometers. It is also optional that a second distance 162 between the first mounting level 113 and the first top side 112 is between one hundred fifty and two hundred fifty micrometers, in particular between one hundred eighty and two hundred twenty micrometers. Furthermore, it can be provided that a thickness of the optoelectronic semiconductor chip 130 is around one hundred micrometers, so that the optoelectronic semiconductor chip 130 is less thick than the second distance 162 and thus the optoelectronic semiconductor chip 130 can be arranged completely in the first recess 114 .
  • the bonding wire 140 can protrude beyond the optoelectronic semiconductor chip 130 by a maximum of twenty to sixty micrometers, so that the bonding wire 140 can also be arranged completely below the first top side 112 and the second top side 122 and thus the bonding wire 140 can also be completely inserted into the transparent Material 150 can be embedded.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is embedded in the transparent material 150, i.e. in particular an emission side of the optoelectronic semiconductor chip 130 facing away from the first mounting level 113 is covered by the transparent material 150.
  • FIG. 2 shows a top view of an optoelectronic component 100, which can correspond to the optoelectronic component 100 of FIG. 1.
  • the first upper side 112 and the second upper side 122 are only present in the outer edge regions of the optoelectronic component 100 and the first recess 114 and the second recess 124 are next to the first edge 115 and the two - th edge 125 is also guided to further edges of the first lead frame section 110 or second lead frame section 120.
  • the first lead frame section 110 and the second lead frame section 120 therefore have a substantially L-shaped cross section.
  • FIG. 3 shows a top view of a further optoelectronic component 100, in which, in contrast to the optoelectronic component 100 of FIG. 2, the first top side 112 further has first front edge regions 116 and the second top side 122 has second front edge regions 126 .
  • the first top side 112 and the second top side 122 therefore have a substantially U-shaped recess, and the first recess 114 is guided only to the first edge 115 and the second recess 124 only to the second edge 125.
  • the optoelectronic component 100 can be soldered to the first underside 111 and the second underside 121 on a carrier.
  • the optoelectronic component 100 is soldered to the first top side 112 and the second top side 122 to a carrier.
  • the first lead frame section 110 and the second lead frame section 120 encompass the entire height of the optoelectronic component 100 consisting of the first distance 161 plus the second distance 162 and thus also the lead frame sections on the top sides 112, 122 110, 120 are exposed.
  • FIG. 4 shows a cross section through an optoelectronic component 100, which corresponds to the optoelectronic component 100 of FIG. 1, provided no differences are described below.
  • a further optoelectronic semiconductor chip 133 is arranged on the second mounting level 123 and is electrically conductively connected to the first lead frame section 110 and in particular to the first mounting level 113. This is again optionally carried out with a bonding wire 140 in FIG.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 has a first doping 131 in a layer facing the first lead frame section 110 and a second doping 132 in a layer facing away from the first lead frame section 110.
  • the further optoelectronic semiconductor chip 133 has a first doping 131 in a layer facing away from the second lead frame section 120 and a second doping 132 in a layer facing the second lead frame section 120. This makes it possible to apply an electrical voltage to the first leadframe section 110 and second leadframe section 120 and at the same time to operate the optoelectronic semiconductor chip 130 and the further optoelectronic semiconductor chip 133 in the forward or blocking direction.
  • both the optoelectronic semiconductor chip 130 and the further optoelectronic semiconductor chip 133 are light-emitting semiconductor chips. Furthermore, both can be optoelectronic Semiconductor chips 130, 133 have photodiodes. Furthermore, it can be provided that the optoelectronic semiconductor chip 130 is a light-emitting semiconductor chip and the further optoelectronic semiconductor chip 133 comprises a photodiode.
  • FIG. 5 shows a plan view of the optoelectronic component 100, which corresponds to the optoelectronic component 100 of FIG. 4 and in which the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120 are designed as shown in FIG. 2.
  • the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120 can also be designed as explained in connection with FIG. 3.
  • the bonding wires 140 are arranged in particular in different levels, so that contact between the bonding wires 140 and one another can be ruled out.
  • the optoelectronic component 100 also has a metal layer 170 which is arranged above the first top 112 and the second top 122.
  • the metal layer 170 has a first metal layer section 171 and a second metal layer section 172, the first metal layer section 171 being electrically conductively connected to the first top side 112 and the second metal layer section 172 being electrically conductively connected to the second top side 122.
  • the metal layer 170 has an opening 173.
  • the metal layer 170 can have a layer thickness of, for example, one to sixty micrometers. Together with the first distance 161, the second distance 162 and the thickness of the metal layer 170, this results in a maximum height of the optoelectronic component 100 of approximately three hundred and eighty micrometers. This represents a very compact height for an optoelectronic component.
  • a conversion element 181 is also optionally arranged.
  • the conversion element 181 can be arranged in the opening 173, for example by means of doctor blades.
  • a lens 182 is arranged above the opening 173.
  • the lens 182 can be manufactured, for example, using an injection molding process. In particular, only the conversion element 181 or the lens 182 can be provided. In the latter case, it can be provided that the material of the lens 182 also fills the opening 173.
  • the first metal layer section 171 and the second metal layer section 172 are electrically insulated from one another, but almost completely cover the optoelectronic component 100 except in the area of the opening 173.
  • Two further free areas 174 are arranged adjacent to the opening 173 and interrupt the first metal layer section 171 from the second metal layer section 172.
  • the metal layer sections 171, 172 can, for example, be produced in such a way that a thin metal layer is applied to the first top side 112, the second top side 122 and the transparent material 150 can be vapor deposited and then the metal layer 170 can be produced by means of electroplating.
  • electromagnetic radiation can be emitted through the opening 173 and the carrier or enter the optoelectronic component 100.
  • 8 shows a cross section through an optoelectronic component 100, which corresponds to the optoelectronic component 100 of FIG.
  • the light-emitting semiconductor chip 130 again has a first doping 131 and a second doping 132 analogous to FIG. 4. Furthermore, the light-emitting semiconductor chip 130 optionally has a control circuit 134, wherein the first doping 131 and the second doping 132 are arranged below the opening 173 and the control circuit 134 is arranged below the second metal layer section 172. This can serve to cover a light-sensitive control circuit 134 through the second metal layer section 172 and thus generate less light incidence in the area of the control circuit 134.
  • a further optoelectronic semiconductor chip 133 is arranged on the second metal layer section 172 and is connected to the first metal layer section 171 with a bonding wire 140.
  • the further optoelectronic semiconductor chip 133 can, analogously to FIG. 4, have the second doping 132 adjacent to the second metal layer section 172 and the first doping 131 facing away from the second metal layer section 172. This enables the optoelectronic semiconductor chips 130, 133 to be interconnected analogously to FIG. Hang with Fig. 4 explained configurations.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is arranged such that the opening 173 of the metal layer 170 is in alignment with the optoelectronic semiconductor chip 130.
  • the further optoelectronic semiconductor chip 133 is arranged directly adjacent to the opening 173 on the second metal layer section 172. Electromagnetic radiation emanating from the optoelectronic semiconductor chip 130 or from the further optoelectronic semiconductor chip 133 overlaps greatly since the boundaries of the optoelectronic semiconductor chips 130, 133 lie directly above one another. If the optoelectronic semiconductor chips 130, 133 were arranged in one plane, beam profiles that are so close to one another could not be realized.
  • FIG. 10 shows a cross section through a further optoelectronic component 100, which basically corresponds to the optoelectronic component 100 of FIGS. 1 to 3, provided no differences are described below.
  • a metal layer 170 is also provided, wherein the metal layer 170 is arranged on the transparent material 150 and forms a limiting structure 175 for a lens 182.
  • the lens 182 can be introduced within the boundary structure 175 by means of dispensing and is created by hardening a corresponding material.
  • a curvature of the lens 182 results from a surface tension of the lens material and a diameter of the boundary structure 175.
  • FIG. 11 shows a cross section through a further optoelectronic component 100, in which a further optoelectronic semiconductor chip 133 is also provided, analogous to FIG. 4 is and in which the metal layer 170 provides two boundary structures 175 for each lens 182 above the two optoelectronic semiconductor chips 130, 133.
  • a lens 182 by means of an injection molding process, with or without a limiting structure 175. It can be provided both in these embodiments and in the embodiment of FIG. 11 that a common lens 182 is arranged above both the optoelectronic semiconductor chip 130 and the further optoelectronic semiconductor chip 133.
  • FIG. 12 shows a cross section through an optoelectronic component 100, which corresponds to the optoelectronic component 100 of FIG. 4, provided no differences are described below.
  • a first metal layer section 171 is also provided adjacent to the first top side 112 and a second metal layer section 172 of a metal layer 170 is provided adjacent to the second top side 122, analogous to FIG. 6.
  • a reflecting element 176 is arranged in the opening 173, with electromagnetic radiation emanating either from the optoelectronic semiconductor chip 130 or from the further optoelectronic semiconductor chip 133 being reflected into an area 101 between the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120 or through the area 101 between Radiation entering the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120 is reflected by means of the reflecting element 176 to the optoelectronic semiconductor chip 130 or to the further optoelectronic semiconductor chip 133.
  • the further optoelectronic semiconductor chip 133 can also be omitted. In this exemplary embodiment, it is particularly advantageous if, contrary to the illustration in FIG further optoelectronic semiconductor chip 133 tilted are ordered. Together with the reflecting element 176, which is arranged above the transparent material 150, simplified beam guidance through the area 101 can be achieved.
  • a first soldering area 191 is electrically conductively connected to the first leadframe section 110, in the exemplary embodiment of FIG. 13 in that the first soldering area 191 adjoins the first top side 112.
  • a second soldering area 192 is electrically conductively connected to the second lead frame section 120, in the exemplary embodiment of FIG. 13 in that the second soldering area 192 is arranged on the second top side 122.
  • the optoelectronic component 100 can thus be soldered to a carrier with a side facing the first top side 112 or the second top side 122 and can emit or absorb electromagnetic radiation through a hole in the carrier.
  • a reflective element not shown in FIG. 13, in the area 101 between the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120.
  • FIG. 14 shows a top view of a further optoelectronic component 100, which also has a first soldering surface 191 and a second soldering surface 192 and otherwise corresponds to the optoelectronic component 100 of FIG. 2.
  • the first soldering surface 191 and the second soldering surface 192 are arranged laterally and touch the respective lead frame section 110, 120 and the transparent material 150. By means of the soldering surfaces 191, 192, it is possible to move the optoelectronic component 100 laterally towards a carrier soldering.
  • FIG. 15 shows a top view of an optoelectronic component 100, which corresponds to the optoelectronic component 100 corresponds to FIG. 13, provided no differences are described below.
  • Parts of the first soldering area 191 and the second soldering area 192 are covered with a solder mask 193, so that a partial area of the first soldering area 191 or the second soldering area 192 is exposed. This makes it easier to solder the optoelectronic component 100 to a carrier.
  • the soldering surfaces 191, 192 in FIG. 14 can also be provided with a solder mask 193.
  • the optoelectronic components 100 of Figures 1 to 15 can in particular be designed such that the first mounting level 113 and the second mounting level 123 of the two lead frame sections 110, 120 are designed symmetrically. This makes optoelectronic components with particularly rigid connections possible, which do not change their position or only change slightly during soldering and can therefore be easily fitted onto carriers.
  • FIG 16 shows a flowchart 200 of a method for producing an optoelectronic component 100, for example the one in FIG the second recess 124 and the further features explained in connection with the lead frame sections 110, 120.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is mounted on the first mounting level 113 of the first lead frame section 110.
  • the first assembly level 113 can also be coated. The coating can also take place on the second mounting level 123 of the second lead frame section 120.
  • a third method step 203 an electrically conductive connection is produced between the optoelectronic semiconductor chip 130 and the second lead frame section 120, in particular with the second mounting level 123.
  • Transparent material 150 is introduced in such a way that the first recess 114 and the second recess 124 are filled with the transparent material 150 and such that the transparent material 150 covers the optoelectronic semiconductor chip 130.
  • a metal layer 210 is first covered in a structured manner on one side with a photoresist 211 and then a recess 212 is created, for example by means of an etching process. After the recess 212 has been created, photoresist 211 is further applied to a second side of the metal layer 210 and a further recess 213 is created, for example by means of an etching process, in order to separate the first lead frame section 110 from the second lead frame section 120. For example, the photoresist 211 that was initially applied can be removed again or the photoresist 211 can be removed from both sides of the metal layer 210 in a final process step.
  • a first leadframe section 110 and a second leadframe section 120 result analogous to FIG. 1, whereby the second method step 202, the third method step 203 and the fourth method step 204 can now be carried out.
  • 17 shows in particular the first method step 201 as a possible embodiment of the first method step 201.
  • provision can be made to create the further recess 213 first and then the recess 212.
  • the first created recess 212, 213 is first filled with an electrically insulating material before the other recess 213, 212 is created.
  • Photoresist 211 is first applied to one side of a metal layer 210 and a recess 212 is created, for example by means of an etching process.
  • the optoelectronic semiconductor chip 130 is then arranged within the recess 212 and additionally contacted with a bonding wire 140.
  • Photoresist 211 is then also applied to the opposite side of the metal layer 210 and the recess 212 is filled with the transparent material 150.
  • the further recess 213 can be created, for example, by means of an etching process in order to separate the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120. This is done in such a way that the bonding wire 140 is now guided to the second lead frame section 120.
  • the production of the first lead frame section 110 and the second lead frame section 120 thus takes place at the beginning and at the end of the method for producing the optoelectronic component 100, with the second method step 202, the third method step 203 and the fourth method step 204 between the sub-method steps to produce the first leadframe section 110 and the second leadframe section 120.
  • the metal layer 170 or the conversion element 181 or the lenses 182 can be applied using the methods explained in connection with the corresponding exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem ersten Leiterrahmenabschnitt, einem zweiten Leiterrahmenabschnitt und einem optoelektronischen Halbleiterchip. Der erste Leiterrahmenabschnitt weist eine erste Oberseite und eine erste Unterseite sowie eine von der ersten Oberseite ausgehende erste Ausnehmung auf, die zumindest an einen Rand des ersten Leiterrahmenabschnitts und bis zu einer ersten Montageebene geführt. Der zweite Leiterrahmenabschnitt weist eine zweite Oberseite und eine zweite Unterseite sowie eine von der zweiten Oberseite ausgehende zweite Ausnehmung auf, die zumindest an einen Rand des zweiten Leiterrahmenabschnitts und bis zu einer zweiten Montageebene geführt ist. Die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung sind einander zugewandt angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip ist auf der ersten Montageebene angeordnet und mit der zweiten Montageebene elektrisch leitend verbunden. Die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung sind mit einem in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich transparenten Material verfüllt, wobei das transparente Material den optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt.

Description

OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines opto- elektronischen Bauelements.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102022 114582.4, deren Offenbarungsge- halt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Im Stand der Technik sind optoelektronische Bauelemente be- kannt, die als sogenannte Quad-Flat-No-Leads-Package (QFN) ausgestaltet sind. Eine weitere Bezeichnung für solche Bau- elemente kann Mikroleiterrahmenbauelemente sein. Mikroleiter- rahmenabschnitte und darauf montierte optoelektronische Halb- leiterchips können dabei in einem transparenten Vergussmate- rial vergossen sein. Die optoelektronischen Halbleiterchips solcher optoelektronischen Bauelemente sind dabei oberhalb der Mikroleiterrahmenabschnitte angeordnet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da- rin, ein Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bau- elements anzugeben. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen der unab- hängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement weist einen ersten Leiter- rahmenabschnitt, einen zweiten Leiterrahmenabschnitt und ei- nen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Der erste Leiter- rahmenabschnitt weist eine erste Oberseite und eine erste Un- terseite auf. Ferner weist der erste Leiterrahmenabschnitt eine von der ersten Oberseite ausgehende erste Ausnehmung auf, die zumindest an einen Rand des ersten Leiterrahmenab- schnitts geführt ist. Ferner ist erste Ausnehmung bis zu ei- ner ersten Montageebene geführt. Der zweite Leiterrahmenab- schnitt weist eine zweite Oberseite und eine zweite Untersei- te auf. Der zweite Leiterrahmenabschnitt weist ferner eine von der zweiten Oberseite ausgehende zweite Ausnehmung auf, wobei die zweite Ausnehmung zumindest an einen Rand des zwei- ten Leiterrahmenabschnitts geführt ist. Die zweite Ausnehmung ist ferner bis zu einer zweiten Montageebene geführt. Die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung sind einander zu- gewandt angeordnet. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Ränder des ersten Leiterrahmenabschnitts bzw. des zweiten Leiterrahmenabschnitts, an die die erste bzw. zweite Ausneh- mung geführt ist, einander gegenüberliegen. Der optoelektro- nische Halbleiterchip ist auf der ersten Montageebene ange- ordnet und mit der zweiten Montageebene elektrisch leitend verbunden. Die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung sind mit einem in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich transparenten Material verfüllt, wobei das transparente Mate- rial den optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der optoelekt- ronische Halbleiterchip vollständig innerhalb der ersten Aus- nehmung des ersten Leiterrahmenabschnitts angeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der optoelektronische Halb- leiterchip in das transparente Material eingebettet ist, also insbesondere eine von der ersten Montageebene abgewandte Emissionsseite des optoelektronischen Halbleiterchips vom transparenten Material bedeckt ist. Dadurch kann ein opto- elektronisches Bauelement bereitgestellt werden, dessen Bau- höhe deutlich geringer ausfällt als diejenige der aus dem Stand der Technik bekannten optoelektronischen Bauelemente. Dadurch kann eine weitere Miniaturisierung der Optoelektronik vorangetrieben werden. Der optoelektronische Halbleiterchip kann dabei insbesondere eine Leuchtdiode und/oder eine Photo- diode umfassen. Das transparente Material kann insbesondere in einem Wellenlängenbereich, in dem der als Leuchtdiode aus- gestaltete optoelektronische Halbleiterchip elektromagneti- sche Strahlung emittiert, transparent sein. Alternativ kann das transparente Material in einem Wellenlängenbereich trans- parent sein, in dem mittels der Photodiode elektromagnetische Strahlung detektiert werden soll.
In einer Ausführungsform liegt der vorgegebene Wellenlängen- bereich zwischen einer minimalen Wellenlänge von zweihundert Nanometer und einer maximalen Wellenlänge von fünftausend Na- nometer. Insbesondere kann der vorgegebene Wellenlängenbe- reich auch einen Teilbereich zwischen der minimalen Wellen- länge und der maximalen Wellenlänge umfassen. Durch diese Wellenlängenbereiche können die gängigsten Emissionswellen- längen von optoelektronischen Halbleiterchips verwendet wer- den.
In einer Ausführungsform umfasst der vorgegebene Wellenlän- genbereich Ultraviolett-Strahlung oder sichtbares Licht oder Infrarot-Strahlung. Diese genannten Strahlungsbereiche sind gängige Wellenlängenbereiche für optoelektronische emittie- rende Halbleiterchips/Leuchtdioden.
In einer Ausführungsform weist die erste Montageebene eine erste Beschichtung auf. In einer Ausführungsform weist die zweite Montageebene eine zweite Beschichtung auf. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass sowohl die erste Montageebene die erste Beschichtung als auch die zweite Montageebene die zweite Beschichtung aufweisen. Die erste Beschichtung kann dabei beispielsweise ein Anbringen des optoelektronischen Halbleiterchips erleichtern. Die zweite Beschichtung kann das Herstellen der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der zweiten Montageebe- ne erleichtern.
In einer Ausführungsform ist der optoelektronische Halb- leiterchip mit der zweiten Montageebene mittels Bonddraht verbunden. Bei der Verwendung eines Bonddrahts kann insbeson- dere die zweite Beschichtung der zweiten Montageebene hilf- reich sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Bond- draht derart angebracht ist, dass auch der Bonddraht voll- ständig vom transparenten Material bedeckt wird und insbeson- dere der Bonddraht vollständig innerhalb der ersten Ausneh- mung bzw. der zweiten Ausnehmung angeordnet ist.
In einer Ausführungsform liegen die erste Unterseite und die zweite Unterseite in einer ersten Ebene. Die erste Montage- ebene und die zweite Montageebene liegen in einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene ist. Die erste Oberseite und die zweite Oberseite liegen in einer dritten Ebene, die ebenfalls parallel zur ersten Ebene ist. Dadurch wird ein be- sonders einfacher Aufbau des optoelektronischen Bauelements ermöglicht .
In einer Ausführungsform ist die erste Ausnehmung bis zur ersten Oberseite und die zweite Ausnehmung bis zur zweiten Oberseite mit dem transparenten Material verfällt. Dadurch kann ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden, welches lediglich eine Höhe des ersten Leiterrahmenabschnitts bzw. des zweiten Leiterrahmenabschnitts umfasst. Ferner kann das optoelektronische Bauelement derart ausgestaltet sein, dass es sowohl über den an der ersten Unterseite freiliegen- den ersten Leiterrahmenabschnitt und den an der zweiten Un- terseite freiliegenden zweiten Leiterrahmenabschnitt als auch über den an der ersten Oberseite freiliegenden ersten Leiter- rahmenabschnitt und den in der zweiten Oberseite freiliegen- den zweiten Leiterrahmenabschnitt elektrisch kontaktiert wer- den kann.
In einer Ausführungsform beträgt ein erster Abstand zwischen der ersten Unterseite und der ersten Montageebene zwischen zwanzig und siebzig Mikrometer. Insbesondere kann der erste Abstand zwischen dreißig und sechzig Mikrometer betragen. Zwischen der zweiten Unterseite und der zweiten Montageebene kann ebenfalls der erste Abstand von zwanzig bis siebzig Mik- rometer vorliegen. Dies trägt dazu bei, ein optoelektroni- sches Bauelement bereitzustellen, welches geringere Abmessun- gen aufweist als die aus dem Stand der Technik bekannten optoelektronischen Bauelemente.
In einer Ausführungsform beträgt ein zweiter Abstand zwischen der ersten Montageebene und der ersten Oberseite zwischen einhundertfünfzig und zweihundertfünfzig Mikrometer. Der zweite Abstand kann insbesondere zwischen einhundertachtzig und zweihundertzwanzig Mikrometer betragen. Zwischen der zweiten Montageebene und der zweiten Oberseite kann ein iden- tischer zweiter Abstand vorliegen. Auch diese Abmessungen tragen dazu bei, eine Bauhöhe des optoelektronischen Halblei- terbauelements zu verringern, da eine Gesamthöhe aus einer Addition des ersten Abstands und des zweiten Abstands zwi- schen einhundertsiebzig und dreihundertzwanzig Mikrometern ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Höhe des opto- elektronischen Bauelements zwischen zweihundertzehn und zwei- hundertachtzig Mikrometern liegt.
Eine Dicke des optoelektronischen Halbleiterchips kann in et- wa einhundert Mikrometer betragen, sodass der optoelektroni- sche Halbleiterchip für die für den zweiten Abstand genannten Abmessungen vollständig innerhalb der ersten Ausnehmung ange- ordnet werden kann. Wird zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips mit der zweiten Montage- ebene ein Bonddraht verwendet, kann der Bonddraht den opto- elektronischen Halbleiterchip überragen, wobei eine maximale Höhe des Bonddrahtes beispielsweise zwischen zwanzig und sechzig Mikrometer oberhalb des optoelektronischen Halb- leiterchips ist und damit der Bonddraht ebenfalls vollständig in der ersten Ausnehmung bzw. der zweiten Ausnehmung angeord- net werden kann. Insbesondere überragt der Bonddraht nicht die erste Oberseite bzw. die zweite Oberseite.
In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauele- ment ferner eine Metallschicht oberhalb der ersten Oberseite auf. Diese Metallschicht kann mindestens einen und maximal sechzig Mikrometer dick sein und eine Bauhöhe des optoelekt- ronischen Bauelements entsprechend erhöhen. Die Metallschicht kann beispielsweise einer elektrischen Kontaktierung des ers- ten Leiterrahmenabschnitts dienen. Ferner kann auf der zwei- ten Oberseite eine weitere Metallschicht angeordnet sein, die der Kontaktierung des zweiten Leiterrahmenabschnitts dienen kann.
In einer Ausführungsform weist die Metallschicht eine Öffnung oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips auf. Dies er- möglicht, dass vom optoelektronischen Halbleiterchip ausge- hende elektromagnetische Strahlung das optoelektronische Bau- teil durch die Öffnung verlassen kann oder dass durch die Öffnung einfallende elektromagnetische Strahlung den opto- elektronischen Halbleiterchip erreicht.
In einer Ausführungsform ist im Bereich der Öffnung ein Kon- versionselement und/oder eine Linse angeordnet. Konversions- elemente sind dabei Elemente, die elektromagnetische Strah- lung ausgehend von einem optoelektronischen Halbleiterchip in einen anderen Wellenlängenbereich konvertieren können. Hierzu können bestimmte Konversionsstoffe innerhalb eines Materials angeordnet sein, die vom optoelektronischen Halbleiterchip ausgehende elektromagnetische Strahlung absorbieren und nach internen Übergängen eine Emission in einem anderen Wellenlän- genbereich aufweisen. Insbesondere können diese Konversions- stoffe auch innerhalb von Linsen angeordnet sein und somit das im Bereich der Öffnung angeordnete Element eine kombi- nierte Linse mit Konversionsleuchtstoff, also eine kombinier- te Linse und Konversionselement, sein. Das Konversionselement kann insbesondere in die Öffnung geräkelt werden. Die Linse kann insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens herge- stellt oder mittels Dispensing aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform ist ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip auf der Metallschicht angeordnet. Dadurch kann eine weitere Funktionalität des optoelektronischen Bauele- ments bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der opto- elektronische Halbleiterchip eine elektromagnetische Strah- lung emittieren und der weitere optoelektronische Halbleiter- chip eine Photodiode umfassen, oder umgekehrt. Dadurch wird ein kompakter Aufbau einer optoelektronischen Detektionsvor- richtung möglich.
In einer Ausführungsform ist ein Teil des optoelektronischen Halbleiterchips unterhalb der Metallschicht angeordnet. Ins- besondere kann der optoelektronische Halbleiterchip bei- spielsweise eine lichtempfindliche oder strahlungsempfindli- che Steuerschaltung aufweisen. Wird dieser Teil des opto- elektronischen Halbleiterchips mit der Steuerschaltung unter- halb der Metallschicht angeordnet, ergibt sich vorteilhafter- weise ein Schutz vor elektromagnetischer Strahlung dieses empfindlichen Teils des optoelektronischen Halbleiterchips.
In einer Ausführungsform ist ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip auf der zweiten Montageebene angeordnet. Der weitere optoelektronische Halbleiterchip ist mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt elektrisch leitfähig verbunden. Dies kann ebenfalls mittels Bonddraht erfolgen. Auch mit dieser Ausgestaltung wird ein optoelektronisches Bauelement mit zwei optoelektronischen Halbleiterchips ermöglicht, wobei auch in dieser Ausgestaltung der optoelektronische Halbleiterchip ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und der weitere opto- elektronische Halbleiterchip eine Photodiode sein kann oder umgekehrt .
Ferner kann selbstverständlich auch in beiden Ausgestaltungen mit einem weiteren optoelektronischen Halbleiterchip vorgese- hen sein, dass sowohl der optoelektronische Halbleiterchip als auch der weitere optoelektronische Halbleiterchip licht- emittierende optoelektronische Halbleiterchips oder Photodio- den sind.
In einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halb- leiterchip eine erste Dotierung in einer dem ersten Leiter- rahmenabschnitt zugewandten Schicht auf. Der weitere opto- elektronische Halbleiterchip weist eine erste Dotierung in einer dem zweiten Leiterrahmenabschnitt abgewandten Schicht auf. Dadurch wird es möglich, durch Anlegen einer elektri- schen Spannung am ersten Leiterrahmenabschnitt und am zweiten Leiterrahmenabschnitt sowohl den optoelektronischen Halb- leiterchip als auch den weiteren optoelektronischen Halb- leiterchip jeweils in Durchlassrichtung zu betreiben.
In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauele- ment ein reflektierendes Element auf, mit dem vom optoelekt- ronischen Halbleiterchip ausgehende Strahlung in einen Be- reich zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zwei- ten Leiterrahmenabschnitt reflektiert oder mit dem durch ei- nen Bereich zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt eintretende Strahlung zum opto- elektronischen Halbleiterchip reflektiert wird. Ein solches Bauelement kann beispielsweise als Backlooker bezeichnet wer- den.
In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauele- ment ferner eine erste Lötfläche auf, die mit dem ersten Lei- terrahmenabschnitt elektrisch leitfähig verbunden ist. Dar- über hinaus weist das optoelektronische Bauelement eine zwei- te Lötfläche auf, die mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt elektrisch leitfähig verbunden ist. Das optoelektronische Bauelement kann mittels der Lötflächen mit einem Träger ver- lötet werden kann. Die Lötflächen können dabei insbesondere an der ersten Unterseite und der zweiten Unterseite oder an der ersten Oberseite und der zweiten Oberseite oder an einer zwischen der ersten Unterseite und der ersten Oberseite lie- genden ersten Seitenfläche und an einer zwischen der zweiten Unterseite und der zweiten Oberseite liegenden zweiten Sei- tenfläche angeordnet sein. Dies ermöglicht die flexible Ver- wendung des optoelektronischen Bauelements als Toplooker, Backlooker oder Sidelooker.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Der erste Lei- terrahmenabschnitt mit der ersten Ausnehmung und der zweite Leiterrahmenabschnitt mit der zweiten Ausnehmung werden ge- formt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der opto- elektronische Halbleiterchip an der ersten Montageebene des ersten Leiterrahmenabschnitts montiert. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der zwei- ten Montageebene hergestellt. In einem weiteren Verfahrens- schritt wird das transparente Material derart eingebracht, dass die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung mit dem transparenten Material zumindest teilweise verfüllt sind, und derart, dass das transparente Material den optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Lei- terrahmenabschnitt mit der ersten Ausnehmung und der zweite Leiterrahmenabschnitt mit der zweiten Ausnehmung vor dem Mon- tieren des optoelektronischen Halbleiterchips geformt. Dies kann beispielsweise insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Metallschicht bereitgestellt wird und ausgehend von einer ersten Seite, die später die Oberseite werden wird, eine Aus- nehmung geformt wird. Nach Trennen der Metallschicht in zwei Abschnitte wird aus der Ausnehmung die erste Ausnehmung bzw. die zweite Ausnehmung, indem anschließend von einer gegen- überliegenden zweiten Seite, die später die Unterseite werden wird, ebenfalls eine Ausnehmung zum Trennen des ersten Lei- terrahmenabschnitts vom zweiten Leiterrahmenabschnitt geformt wird. Nach der Montage des optoelektronischen Halbleiterchips und dem Herstellen der elektrischen Verbindung zur zweiten Montageebene, insbesondere mittels Bonddraht, wird dann das transparente Material eingebracht.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird zu- nächst eine Metallschicht mit einer Ausnehmung geformt und anschließend der optoelektronische Halbleiterchip in der Aus- nehmung montiert. Daran anschließend wird die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halb- leiterchip und der Metallschicht hergestellt und das transpa- rente Material in die Ausnehmung eingebracht. Erst anschlie- ßend wird die Metallschicht zur Formung des ersten Leiterrah- menabschnitts und des zweiten Leiterrahmenabschnitts unter- brochen. Die Formung des ersten Leiterrahmenabschnitts und des zweiten Leiterrahmenabschnitts mit der ersten Ausnehmung und der zweiten Ausnehmung erfolgt also in zwei Teilschrit- ten, wobei ein erster Teilschritt zu Beginn des Herstellungs- verfahrens und ein zweiter Teilschritt zum Ende des Herstel- lungsverfahrens durchgeführt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstel- lung
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment;
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment;
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment; Fig. 8 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 9 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 10 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 11 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 12 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 13 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bau- element;
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment;
Fig. 15 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauele- ment;
Fig. 16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements;
Fig. 17 mehrere Querschnitte durch Zwischenprodukte während eines Herstellungsverfahrens; und
Fig. 18 mehrere Querschnitte durch Zwischenprodukte während eines Herstellungsverfahrens.
Fig. 1 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einem ersten Leiterrahmenabschnitt 110, einem zweiten Leiterrahmen- abschnitt 120 und einem optoelektronischen Halbleiterchip 130. Der erste Leiterrahmenabschnitt 110 weist eine erste Un- terseite 111 und eine erste Oberseite 112 auf. Von der ersten Oberseite 112 ist eine erste Ausnehmung 114 bis zum einem ersten Rand 115 des ersten Leiterrahmenabschnitts 110 ge- führt, wobei die erste Ausnehmung 114 bis zu einer ersten Montageebene 113 geführt ist. Der zweite Leiterrahmenab- schnitt 120 weist eine zweite Unterseite 121 und eine zweite Oberseite 122 auf. Der zweite Leiterrahmenabschnitt 120 weist ferner eine von der zweiten Oberseite 122 ausgehende zweite Ausnehmung 124 auf, die an einen zweiten Rand 125 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 120 geführt ist. Die zweite Ausnehmung 124 ist ferner bis zu einer zweiten Montageebene 123 geführt. Die erste Ausnehmung 114 und die zweite Ausnehmung 124 sind einander zugewandt angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass der erste Rand 115 und der zweite Rand 125 einander ge- genüberliegen. Der optoelektronische Halbleiterchip 130 ist auf der ersten Montageebene 113 angeordnet und mit der zwei- ten Montageebene 123 elektrisch leitend verbunden. Dies ist durch einen optionalen Bonddraht 140 verwirklicht. Die erste Ausnehmung 114 und die zweite Ausnehmung 124 sind mit einem in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich transparenten Mate- rial 150 verfüllt. Das transparente Material 150 bedeckt den optoelektronischen Halbleiterchip 130.
Im Folgenden werden weitere, optionale Merkmale des opto- elektronischen Bauelements 100 beschrieben, die jedoch auch weggelassen werden können. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der vorgegebene Wellenlängenbereich, in dem das transparente Material 150 transparent sein soll, einer Emis- sionswellenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips 130 entspricht. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine nominelle Emissionswellenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips 130, wie beispielsweise sechshundertneunzig Nanometer als Emissionswellenlänge vorgesehen ist und das transparente Material 150 in einem Wellenlängenbereich um die Emissionswellenlänge von sechshundertneunzig Nanometer, bei- spielsweise zwischen sechshundertsechzig und siebenhundert- zwanzig Nanometer, transparent ist. Dadurch kann beispiels- weise ermöglicht sein, dass vom optoelektronischen Halb- leiterchip 130 ausgehende elektromagnetische Strahlung vom transparenten Material 150 nicht absorbiert wird. Ein trans- parenter Wellenlängenbereich von in etwa dreißig Nanometer um die nominelle Emissionswellenlänge hat sich dabei als geeig- net erwiesen.
Insgesamt kann vorgesehen sein, dass der vorgegebene Wellen- längenbereich innerhalb eines Bereichs zwischen zweihundert Nanometer und fünftausend Nanometer liegt. Insbesondere kann der vorgegebene Wellenlängenbereich dabei UV-Strahlung oder sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung umfassen. Dies kann jeweils auf eine Emissionswellenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips 130 angepasst sein.
Der optoelektronische Halbleiterchip 130 kann jedoch auch ei- ne Photodiode umfassen, sodass einfallendes Licht, insbeson- dere Licht, welches den optoelektronischen Halbleiterchip 130 trifft, detektiert werden kann. Der vorgegebene Wellenlängen- bereich des transparenten Materials 150 kann dann so gewählt sein, dass die für die Detektion interessanten Wellenlängen abgedeckt werden. Es kann also beispielsweise sein, dass der vorgegebene Wellenlängenbereich das gesamte sichtbare Spekt- rum umfasst, nicht jedoch Infrarot- bzw. Ultraviolett- Strahlung, wenn beispielsweise ausschließlich sichtbares Licht detektiert werden soll. Soll beispielsweise nur grünes Licht detektiert werden, kann vorgesehen sein, dass der vor- gegebene Wellenlängenbereich lediglich grünes Licht umfasst.
In Fig. 1 dargestellt ist, dass der optoelektronische Halb- leiterchip 130 mit der zweiten Montageebene 123 mittels Bond- draht 140 elektrisch leitfähig verbunden ist. Prinzipiell sind auch andere Möglichkeiten denkbar, den optoelektroni- schen Halbleiterchip 130 mit der zweiten Montageebene 123 elektrisch leitfähig zu verbinden. Der optoelektronische Halbleiterchip 130 könnte beispielsweise auch einen Flip Chip mit zwei elektrischen Kontakten auf derselben Seite umfassen und vom ersten Leiterrahmenabschnitt 110 zum zweiten Leiter- rahmenabschnitt 120 geführt sein. Auch in einer solchen Aus- gestaltung ist der optoelektronische Halbleiterchip 130 mit der zweiten Montageebene 123 elektrisch leitfähig verbunden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der erste Leiterrahmenab- schnitt 110 an der ersten Montageebene 113 und/oder der zwei- te Leiterrahmenabschnitt 120 an der zweiten Montageebene 123 eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung derart ausgestaltet sein kann, dass ein Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten Leiterrahmenab- schnitt 110 und dem optoelektronischen Halbleiterchip 130 bzw. zwischen dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 und dem optoelektronischen Halbleiterchip 130 vereinfacht ist.
Durch das Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips 130 innerhalb der ersten Ausnehmung 114 des ersten Leiterrahmen- abschnitts 110 wird ein optoelektronisches Bauelement 100 möglich, bei dem der optoelektronische Halbleiterchip 130 in- nerhalb eines QFN-Trägers bestehend aus den Leiterrahmenab- schnitten 110, 120 und dem transparenten Material 150 ange- ordnet ist. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Anordnung des optoelektronischen Bauelements 100.
Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, dass die erste Untersei- te 111 und die zweite Unterseite 121 in einer ersten Ebene liegen. Die erste Montageebene 113 und die zweite Montageebe- ne 123 liegen in einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene ist. Die erste Oberseite 112 und die zweite Oberseite 122 liegen in einer dritten Ebene, die ebenfalls parallel zur ersten Ebene ist.
Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, dass das transparente Material 150 jeweils bis zur ersten Oberseite 112 bzw. zur zweiten Oberseite 122 reicht. Das bedeutet, dass die erste Ausnehmung 114 bis zur ersten Oberseite 112 und die zweite Ausnehmung 124 bis zur zweiten Oberseite 122 mit dem transpa- renten Material 150 verfüllt sind. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass die erste Ausnehmung 114 bzw. die zwei Ausneh- mung 124 nicht bis zur ersten Oberseite 112 bzw. zweiten Oberseite 122 mit dem transparenten Material 150 verfüllt ist, sondern das transparente Material 150 die erste Ausneh- mung 114 und die zweite Ausnehmung 124 nur teilweise ver- füllt.
Ebenfalls optional ist, dass ein erster Abstand 161 zwischen der ersten Unterseite 111 und der ersten Montageebene 113 zwischen zwanzig und siebzig Mikrometer, insbesondere zwi- schen dreißig und sechzig Mikrometer beträgt. Ebenfalls opti- onal ist, dass ein zweiter Abstand 162 zwischen der ersten Montageebene 113 und der ersten Oberseite 112 zwischen ein- hundertfünfzig und zweihundertfünfzig Mikrometer, insbesonde- re zwischen einhundertachtzig und zweihundertzwanzig Mikrome- ter, beträgt. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Dicke des optoelektronischen Halbleiterchips 130 um die einhundert Mikrometer beträgt, sodass der optoelektronische Halbleiter- chip 130 weniger dick ist als der zweite Abstand 162 und so- mit der optoelektronische Halbleiterchip 130 vollständig in der ersten Ausnehmung 114 angeordnet werden kann. Der Bond- draht 140 kann dabei den optoelektronischen Halbleiterchip 130 um maximal zwanzig bis sechzig Mikrometer überragen, so- dass auch der Bonddraht 140 vollständig unterhalb der ersten Oberseite 112 und der zweiten Oberseite 122 angeordnet sein kann und somit auch der Bonddraht 140 vollständig in das transparente Material 150 eingebettet sein kann.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der optoelektronische Halb- leiterchip 130 in das transparente Material 150 eingebettet ist, also insbesondere eine von der ersten Montageebene 113 abgewandte Emissionsseite des optoelektronischen Halbleiter- chips 130 vom transparenten Material 150 bedeckt ist.
In den im Folgenden beschriebenen Figuren mit weiteren Aus- führungsbeispielen werden identische Elemente und Merkmale mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Sofern bei der Be- schreibung der folgenden Figuren keine expliziten Unterschie- de genannt sind, können die im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläuterten Merkmale der einzelnen Elemente auch in den fol- genden Figuren vorliegen.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bau- element 100, das dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 1 entsprechen kann. Insbesondere ist in Fig. 2 darge- stellt, dass die erste Oberseite 112 und die zweite Oberseite 122 nur in äußeren Randbereichen des optoelektronischen Bau- elements 100 vorliegen und die erste Ausnehmung 114 bzw. die zweite Ausnehmung 124 neben dem ersten Rand 115 und dem zwei- ten Rand 125 auch an weitere Ränder des ersten Leiterrahmen- abschnitts 110 bzw. zweiten Leiterrahmenabschnitts 120 ge- führt sind. Der erste Leiterrahmenabschnitt 110 und der zwei- te Leiterrahmenabschnitt 120 weisen dadurch also einen im We- sentlichen L-förmigen Querschnitt auf.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres optoelektroni- sches Bauelement 100, bei dem im Gegensatz zum optoelektroni- schen Bauelement 100 der Fig. 2 die erste Oberseite 112 fer- ner erste vordere Randbereiche 116 und die zweite Oberseite 122 zweite vordere Randbereiche 126 aufweist. Die erste Ober- seite 112 bzw. die zweite Oberseite 122 weisen also eine im Wesentlichen U-förmige Ausnehmung auf, und die erste Ausneh- mung 114 ist lediglich an den ersten Rand 115 und die zweite Ausnehmung 124 lediglich an den zweiten Rand 125 geführt. In dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, eine elekt- rische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 100 auch im Bereich der vorderen Randbereiche 116, 126 vorzuse- hen, sodass das optoelektronische Bauelement 100 insbesondere flexibler einsetzbar ist.
In allen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebe- nen optoelektronischen Bauelementen 100 kann vorgesehen sein, das optoelektronische Bauelement 100 mit der ersten Untersei- te 111 und der zweiten Unterseite 121 auf einem Träger zu verlöten. Alternativ kann vorgesehen sein, das optoelektroni- sche Bauelement 100 mit der ersten Oberseite 112 und der zweiten Oberseite 122 mit einem Träger zu verlöten. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass der erste Leiterrahmenab- schnitt 110 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 120 die vollständige Höhe des optoelektronischen Bauelements 100 be- stehend aus erstem Abstand 161 plus zweitem Abstand 162 um- fasst und damit auch auf den Oberseiten 112, 122 die Leiter- rahmenabschnitte 110, 120 freiliegen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann ferner vorgesehen sein, das optoelektronische Bauelement 100 seitlich zu verlöten und insbesondere die Randbereiche 116, 126 mit einem Träger zu verlöten.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement 100, das dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 1 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede be- schrieben sind. Ein weiterer optoelektronischer Halbleiter- chip 133 ist auf der zweiten Montageebene 123 angeordnet und mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und insbesondere mit der ersten Montageebene 113 elektrisch leitfähig verbunden. Dies ist in Fig. 4 ebenfalls wieder optional mit einem Bond- draht 140 ausgeführt.
Optional ist in Fig. 4 ferner dargestellt, dass der opto- elektronische Halbleiterchip 130 eine erste Dotierung 131 in einer dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 zugewandten Schicht und eine zweite Dotierung 132 in einer dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 abgewandten Schicht aufweist. Der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 weist eine erste Dotierung 131 in einer dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 abgewandten Schicht und eine zweite Dotierung 132 in einer dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 zugewandten Schicht auf. Dadurch ist es möglich, eine elektrische Spannung am ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und zweiten Leiterrahmenab- schnitt 120 anzulegen und gleichzeitig den optoelektronischen Halbleiterchip 130 und den weiteren optoelektronischen Halb- leiterchip 133 in Durchlass- bzw. Sperrrichtung zu betreiben. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sowohl der optoelektronische Halbleiterchip 130 als auch der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 lichtemittierende Halb- leiterchips sind. Ferner können beide optoelektronischen Halbleiterchips 130, 133 Photodioden aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass der optoelektronische Halbleiterchip 130 ein lichtemittierender Halbleiterchip ist und der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 eine Photodiode umfasst.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das optoelektronische Bau- element 100, das dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 4 entspricht und bei dem erste Leiterrahmenabschnitt 110 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 120 wie in Fig. 2 darge- stellt ausgestaltet sind. In einer alternativen, nicht ge- zeigten Darstellung, können der erste Leiterrahmenabschnitt 110 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 120 auch wie in Zu- sammenhang mit Fig. 3 erläutert ausgestaltet sein. Die Bond- drähte 140 sind dabei insbesondere in verschiedenen Ebenen angeordnet, sodass eine Berührung der Bonddrähte 140 unterei- nander ausgeschlossen werden kann.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres optoelekt- ronisches Bauelement 100, bei dem die Leiterrahmenabschnitte 110, 120, der optoelektronische Halbleiterchip 130, der Bond- draht 140 und das transparente Material 150 analog zu dem be- reits in Zusammenhang mit Figuren 1 bis 3 dargelegten Erläu- terungen ausgestaltet sein können. Das optoelektronische Bau- element 100 weist ferner eine Metallschicht 170 auf, die oberhalb der ersten Oberseite 112 und der zweiten Oberseite 122 angeordnet ist. Die Metallschicht 170 weist dabei einen ersten Metallschichtabschnitt 171 und einen zweiten Metall- schichtabschnitt 172 auf, wobei der erste Metallschichtab- schnitt 171 elektrisch leitfähig mit der ersten Oberseite 112 und der zweite Metallschichtabschnitt 172 mit der zweiten Oberseite 122 elektrisch leitfähig verbunden ist. Oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips 130 weist die Metall- schicht 170 eine Öffnung 173 auf. Die Metallschicht 170 kann dabei eine Schichtdicke von beispielsweise einem bis sechzig Mikrometer aufweisen. Zusammen mit dem ersten Abstand 161, dem zweiten Abstand 162 und der Dicke der Metallschicht 170 ergibt sich dadurch eine maximale Höhe des optoelektronischen Bauelements 100 von ca. dreihundertachtzig Mikrometer. Dies stellt eine sehr kompakte Höhe für ein optoelektronisches Bauelement dar.
Im Bereich der Öffnung 173 ist ferner optional ein Konversi- onselement 181 angeordnet. Das Konversionselement 181 kann beispielsweise mittels Rakeln in der Öffnung 173 angeordnet werden. Ferner ist oberhalb der Öffnung 173 eine Linse 182 angeordnet. Die Linse 182 kann beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt sein. Insbesondere kann auch nur das Konversionselement 181 oder die Linse 182 vorgesehen sein. Im letzteren Fall kann vorgesehen sein, dass das Mate- rial der Linse 182 auch die Öffnung 173 ausfüllt.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf das optoelektronische Bau- element 100 der Fig. 6. Der erste Metallschichtabschnitt 171 und der zweite Metallschichtabschnitt 172 sind elektrisch voneinander isoliert, bedecken jedoch das optoelektronische Bauelement 100 außer im Bereich der Öffnung 173 fast voll- ständig. Zwei weitere freie Bereiche 174 sind an die Öffnung 173 angrenzend angeordnet und unterbrechen den ersten Metall- schichtabschnitt 171 vom zweiten Metallschichtabschnitt 172. Die Metallschichtabschnitte 171, 172 können beispielsweise derart erzeugt werden, dass eine dünne Metallschicht auf die erste Oberseite 112, die zweite Oberseite 122 und das trans- parente Material 150 aufgedampft und anschließend mittels Galvanisierung die Metallschicht 170 erzeugt werden kann.
Bezugnehmend auf die Ausgestaltung der Figuren 6 und 7 kann auch vorgesehen sein, das Konversionselement 181 und die Lin- se 182 wegzulassen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, das optoelektronische Bauelement 100 mit der Metallschicht 170, also insbesondere mit dem ersten Metallschichtabschnitt 171 und dem zweiten Metallschichtabschnitt 172, mit einem Träger zu verlöten. In diesem Fall kann elektromagnetische Strahlung durch die Öffnung 173 und den Träger emittiert werden oder in das optoelektronische Bauelement 100 gelangen. Fig. 8 zeigt ein Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement 100, das dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 1 entspricht und das zusätzlich die Metallschicht 170 mit einem ersten Metallschichtabschnitt 171 und einem zweiten Metallschichtabschnitt 172 und einer Öffnung 173 oberhalb des lichtemittierenden Halbleiterchips 130 aufweist. Der licht- emittierende Halbleiterchip 130 weist dabei wieder eine erste Dotierung 131 und eine zweite Dotierung 132 analog zu Fig. 4 auf. Ferner weist der lichtemittierende Halbleiterchip 130 optional eine Steuerschaltung 134 auf, wobei die erste Dotie- rung 131 und die zweite Dotierung 132 unterhalb der Öffnung 173 angeordnet sind und die Steuerschaltung 134 unterhalb des zweiten Metallschichtabschnitts 172 angeordnet ist. Dies kann dazu dienen, eine lichtempfindliche Steuerschaltung 134 durch den zweiten Metallschichtabschnitt 172 abzudecken und so ei- nen geringeren Leichteinfall im Bereich der Steuerschaltung 134 zu erzeugen.
Ferner ist in Fig. 8 dargestellt, dass ein weiterer opto- elektronischer Halbleiterchip 133 auf dem zweiten Metall- schichtabschnitt 172 angeordnet ist und mit einem Bonddraht 140 mit dem ersten Metallschichtabschnitt 171 verbunden ist. Der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 kann dazu analog zu Fig. 4 die zweite Dotierung 132 angrenzend am zwei- ten Metallschichtabschnitt 172 und die erste Dotierung 131 abgewandt vom zweiten Metallschichtabschnitt 172 aufweisen. Dies ermöglicht eine Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterchips 130, 133 analog zu Fig. 4. Auch in dieser Ausgestaltung können der optoelektronische Halbleiterchip 130 und der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 eine be- liebige Kombination von lichtemittierenden Halbleiterchips und Photodioden umfassen, analog zu den bereits in Zusammen- hang mit Fig. 4 erläuterten Ausgestaltungen.
In einem weiteren, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, auch für das optoelektronische Bauelement 100 der Fig. 4 eine Metallschicht 170 analog zu den Figuren 6 bis 8 vorzusehen, wobei sowohl oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchip 130 als auch des weiteren optoelektronischen Halbleiterchips 133 eine Öffnung 173 der Metallschicht 170 vorgesehen ist.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 8 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Der optoelektronische Halbleiterchip 130 ist derart angeordnet, dass die Öffnung 173 der Metallschicht 170 in Flucht mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 130 liegt. Der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 ist direkt an die Öffnung 173 angrenzend auf dem zweiten Metall- schichtabschnitt 172 angeordnet. Vom optoelektronischen Halb- leiterchip 130 bzw. vom weiteren optoelektronischen Halb- leiterchip 133 ausgehende elektromagnetische Strahlung ist dabei stark überlappend, da die Grenzen der optoelektroni- schen Halbleiterchips 130, 133 direkt übereinander liegen. Wären die optoelektronischen Halbleiterchips 130, 133 in ei- ner Ebene angeordnet, könnten derart nah aneinander liegende Strahlprofile nicht realisiert werden.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres optoelekt- ronisches Bauelement 100, das vom Grundsatz dem optoelektro- nischen Bauelement 100 der Figuren 1 bis 3 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Ebenfalls ist eine Metallschicht 170 vorgesehen, wobei die Metall- schicht 170 auf dem transparenten Material 150 angeordnet ist und eine Begrenzungsstruktur 175 für eine Linse 182 bildet. Die Linse 182 kann dabei mittels Dispensing innerhalb der Be- grenzungsstruktur 175 eingebracht werden und entsteht durch Aushärten eines entsprechenden Materials. Eine Krümmung der Linse 182 ergibt sich dabei aus einer Oberflächenspannung des Linsenmaterials und eines Durchmessers der Begrenzungsstruk- tur 175.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres optoelekt- ronisches Bauelement 100, bei dem analog zu Fig. 4 ebenfalls ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip 133 vorgesehen ist und bei dem die Metallschicht 170 jeweils zwei Begren- zungsstrukturen 175 für jeweils eine Linse 182 oberhalb der beiden optoelektronischen Halbleiterchips 130, 133 vorsieht.
Neben den in Zusammenhang mit den Figuren 10 und 11 erläuter- ten Linsen 182 ist auch das Einbringen einer Linse 182 mit- tels Spritzgussverfahren, mit oder ohne Begrenzungsstruktur 175, möglich. Dabei kann sowohl in diesen Ausgestaltungen als auch in der Ausgestaltung der Fig. 11 vorgesehen sein, dass eine gemeinsame Linse 182 oberhalb sowohl des optoelektroni- schen Halbleiterchips 130 als auch des weiteren optoelektro- nischen Halbleiterchips 133 angeordnet ist.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 4 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Ebenfalls angrenzend an die erste Oberseite 112 ist ein erster Metallschichtabschnitt 171 und angrenzend an die zweite Oberseite 122 ein zweiter Metallschichtab- schnitt 172 einer Metallschicht 170 analog zu Fig. 6 vorgese- hen. In der Öffnung 173 ist ein reflektierendes Element 176 angeordnet, wobei entweder vom optoelektronischen Halbleiter- chip 130 bzw. vom weiteren optoelektronischen Halbleiterchip 133 ausgehende elektromagnetische Strahlung in einen Bereich 101 zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 reflektiert oder durch den Bereich 101 zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 eintretende Strahlung mittels des reflektierenden Elements 176 zum optoelektroni- schen Halbleiterchip 130 bzw. zum weiteren optoelektronischen Halbleiterchip 133 reflektiert wird. Der weitere optoelektro- nische Halbleiterchip 133 kann dabei auch weggelassen werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist es insbesondere vorteil- haft, wenn, entgegen der Darstellung der Fig. 12, die erste Montageebene 113 und die zweite Montageebene 123 nicht in ei- ner Ebene, sondern verkippt zueinander angeordnet sind, wodurch auch der optoelektronische Halbleiterchip 130 und der weitere optoelektronische Halbleiterchip 133 verkippt ange- ordnet sind. Zusammen mit dem reflektierenden Element 176, welches oberhalb des transparenten Materials 150 angeordnet ist, kann so eine vereinfachte Strahlführung durch den Be- reich 101 erreicht werden.
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 1 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Eine erste Lötfläche 191 ist mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 elektrisch leitfähig verbunden, im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 dadurch, dass die erste Lötfläche 191 an die erste Oberseite 112 angrenzt. Eine zwei- te Lötfläche 192 ist mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 elektrisch leitfähig verbunden, im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 dadurch, dass die zweite Lötfläche 192 an der zweiten Oberseite 122 angeordnet ist. Somit lässt sich das optoelektronische Bauelement 100 mit einer der ersten Ober- seite 112 bzw. der zweiten Oberseite 122 zuwandten Seite auf einen Träger löten und kann durch ein Loch im Träger elektro- magnetische Strahlung emittieren oder aufnehmen. Dazu kann ferner vorgesehen sein, im Bereich 101 zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und dem zweiten Leiterrahmenab- schnitt 120 ein in Fig. 13 nicht gezeigtes, reflektierendes Element anzuordnen.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres optoelektroni- sches Bauelement 100, welches ebenfalls eine erste Lötfläche 191 und eine zweite Lötfläche 192 aufweist und ansonsten dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 2 entspricht. Die erste Lötfläche 191 und die zweite Lötfläche 192 sind dabei seitlich angeordnet und berühren den jeweiligen Leiterrahmen- abschnitt 110, 120 und das transparente Material 150. Mittels der Lötflächen 191, 192 ergibt sich so die Möglichkeit, das optoelektronische Bauelement 100 seitlich auf einen Träger zu löten.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bau- element 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der Fig. 13 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschie- de beschrieben sind. Teile der ersten Lötfläche 191 und der zweiten Lötfläche 192 sind mit einem Lötstopplack 193 be- deckt, sodass eine Teilfläche der ersten Lötfläche 191 bzw. der zweiten Lötfläche 192 freiliegt. Dies erleichtert ein Verlöten des optoelektronischen Bauelements 100 mit einem Träger. Analog zur Darstellung der Fig. 15 können auch die Lötflächen 191, 192 der Fig. 14 mit einem Lötstopplack 193 versehen sein.
Die optoelektronischen Bauelemente 100 der Figuren 1 bis 15 können insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die erste Montageebene 113 und die zweite Montageebene 123 der beiden Leiterrahmenabschnitte 110, 120 symmetrisch ausgestaltet sind. Dadurch sind insbesondere verbindungssteife optoelekt- ronische Bauelemente möglich, die auch beim Verlöten ihre Po- sition nicht oder nur geringfügig ändern und sich somit ein- fach auf Trägern bestücken lassen.
Fig. 16 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements 100, bei- spielsweise desjenigen der Fig. 1. In einem ersten Verfah- rensschritt 201 werden der erste Leiterrahmenabschnitt 110 mit der ersten Ausnehmung 114 und der zweite Leiterrahmenab- schnitt 120 mit der zweiten Ausnehmung 124 und den weiteren im Zusammenhang mit den Leiterrahmenabschnitten 110, 120 er- läuterten Merkmalen geformt. In einem zweiten Verfahrens- schritt 102 wird der optoelektronische Halbleiterchip 130 an der ersten Montageebene 113 des ersten Leiterrahmenabschnitts 110 montiert. Vor dem zweiten Verfahrensschritt 202 kann da- bei ferner eine Beschichtung der ersten Montageebene 113 er- folgen. Die Beschichtung kann ferner auch auf der zweiten Montageebene 123 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 120 er- folgen. In einem dritten Verfahrensschritt 203 wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem optoelektroni- schen Halbleiterchip 130 und dem zweiten Leiterrahmenab- schnitt 120, insbesondere mit der zweiten Montageebene 123, hergestellt. In einem vierten Verfahrensschritt 204 wird das transparente Material 150 derart eingebracht, dass die erste Ausnehmung 114 und die zweite Ausnehmung 124 mit dem transpa- renten Material 150 verfüllt sind und derart, dass das trans- parente Material 150 den optoelektronischen Halbleiterchip 130 bedeckt.
Fig. 17 zeigt Querschnitte durch verschiedene Zwischenproduk- te des optoelektronischen Bauelements 100 während des ersten Verfahrensschritts 201. Eine Metallschicht 210 wird zunächst auf einer Seite mit einem Fotolack 211 strukturiert bedeckt und anschließend eine Ausnehmung 212 erzeugt, beispielsweise mittels Ätzprozess. Nachdem die Ausnehmung 212 erzeugt wurde, wird ferner Fotolack 211 auf einer zweiten Seite der Metall- schicht 210 aufgebracht und eine weitere Ausnehmung 213 bei- spielsweise mittels eines Ätzprozesses erzeugt, um den ersten Leiterrahmenabschnitt 110 vom zweiten Leiterrahmenabschnitt 120 zu trennen. Dabei kann beispielsweise der Fotolack 211, der zunächst aufgebracht wurde, wieder entfernt oder der Fo- tolack 211 in einem letzten Verfahrensschritt von beiden Sei- ten der Metallschicht 210 entfernt werden. Nach Durchlaufen dieser Verfahrensschritte ergeben sich ein erster Leiterrah- menabschnitt 110 und ein zweiter Leiterrahmenabschnitt 120 analog zur Fig. 1, wobei nun der zweite Verfahrensschritt 202, der dritte Verfahrensschritt 203 und der vierte Verfah- rensschritt 204 durchgeführt werden können. In Fig. 17 ist also insbesondere der erste Verfahrensschritt 201 als eine mögliche Ausgestaltung des ersten Verfahrensschritts 201 ge- zeigt. Alternativ kann vorgesehen sein, zuerst die weitere Ausnehmung 213 und dann erst die Ausnehmung 212 zu erzeugen. In beiden Ausgestaltungen kann er vorgesehen sein, dass die zuerst erzeugte Ausnehmung 212, 213 vor dem Erzeugen der an- deren Ausnehmung 213, 212 zunächst mit einem elektrisch iso- lierenden Material verfüllt wird.
Fig. 18 zeigt Querschnitte durch weitere Zwischenprodukte, wobei bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens der erste Verfahrensschritt 201 nicht an einem Stück, sondern aufgeteilt in zwei Unterschritte zu Beginn und Ende des Verfahrens durchgeführt wird. Auf einer Metallschicht 210 wird zunächst auf einer Seite Fotolack 211 aufgebracht und eine Ausnehmung 212 beispielsweise mittels Ätzverfahren er- zeugt. Anschließend wird der optoelektronische Halbleiterchip 130 innerhalb der Ausnehmung 212 angeordnet und mit einem Bonddraht 140 zusätzlich kontaktiert. Anschließend wird auf der gegenüberliegenden Seite der Metallschicht 210 ebenfalls Fotolack 211 aufgebracht und die Ausnehmung 212 mit dem transparenten Material 150 verfüllt. Nun kann die weitere Ausnehmung 213 beispielsweise mittels Ätzverfahren erzeugt werden, um den ersten Leiterrahmenabschnitt 110 und den zwei- ten Leiterrahmenabschnitt 120 zu trennen. Dies erfolgt dabei derart, dass der Bonddraht 140 nun zum zweiten Leiterrahmen- abschnitt 120 geführt ist. Das Erzeugen des ersten Leiterrah- menabschnitts 110 und des zweiten Leiterrahmenabschnitts 120 erfolgt dadurch also am Beginn und am Ende des Verfahrens zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements 100, wobei der zweite Verfahrensschritt 202, der dritte Verfahrensschritt 203 und der vierte Verfahrensschritt 204 zwischen den Unter- verfahrensschritten zur Erzeugung des ersten Leiterrahmenab- schnitts 110 und des zweiten Leiterrahmenabschnitts 120 durchgeführt werden.
Anschließend können sowohl beim in Fig. 17 wie auch beim in Fig. 18 skizzierten Verfahren die Metallschicht 170 bzw. das Konversionselement 181 oder die Linsen 182 aufgebracht werden mit den in Zusammenhang den entsprechenden Ausführungsbei- spielen erläuterten Verfahren.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei- spiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Er- findung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können andere Variationen vom Fachmann aus den be- schriebenen Ausführungsbeispielen abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. BEZUGSZEICHENLISTE optoelektronisches Bauelement Bereich erster Leiterrahmenabschnitt erste Unterseite erste Oberseite erste Montageebene erste Ausnehmung erster Rand erster vorderer Randbereich zweiter Leiterrahmenabschnitt zweite Unterseite zweite Oberseite zweite Montageebene zweite Ausnehmung zweiter Rand zweiter vorderer Randbereich optoelektronischer Halbleiterchip erste Dotierung zweite Dotierung weiterer optoelektronischer Halbleiterchip Steuerschaltung (optionaler) Bonddraht transparentes Material erster Abstand zweiter Abstand Metallschicht erster Metallschichtabschnitt zweiter Metallschichtabschnitt Öffnung (weiterer) freier Bereich Begrenzungsstruktur reflektierendes Element Konversionselement Linse erste Lötfläche zweite Lötfläche 193 Lötstopplack
200 Ablaufdiagramm
201 erster Verfahrensschritt 202 zweiter Verfahrensschritt
203 dritter Verfahrensschritt
204 vierter Verfahrensschritt
210 Metallschicht
211 Fotolack 212 Ausnehmung
213 weitere Ausnehmung

Claims

PATENTANSBRÜCHE Optoelektronisches Bauelement (100), aufweisend einen ersten Leiterrahmenabschnitt (110), einen zweiten Leiter- rahmenabschnitt (120) und einen optoelektronischen Halb- leiterchip (130), wobei der erste Leiterrahmenabschnitt (110) eine erste Unterseite (111) und eine erste Obersei- te (112) aufweist, wobei der erste Leiterrahmenabschnitt (110) eine von der ersten Oberseite (112) ausgehende ers- te Ausnehmung (114) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (114) zumindest an einen Rand (115) des ersten Leiterrah- menabschnitts (110) geführt ist, wobei die erste Ausneh- mung (114) bis zu einer ersten Montageebene (113) geführt ist, wobei der zweite Leiterrahmenabschnitt (120) eine zweite Unterseite (121) und eine zweite Oberseite (122) aufweist, wobei der zweite Leiterrahmenabschnitt (120) eine von der zweiten Oberseite (122) ausgehende zweite Ausnehmung (124) aufweist, wobei die zweite Ausnehmung
(124) zumindest an einen Rand (125) des zweiten Leiter- rahmenabschnitts (120) geführt ist, wobei die zweite Aus- nehmung (124) bis zu einer zweiten Montageebene (123) ge- führt ist, wobei die erste Ausnehmung (114) und die zwei- te Ausnehmung (124) einander zugewandt angeordnet sind, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (130) auf der ersten Montageebene (113) angeordnet ist und mit der zweiten Montageebene (123) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die erste Ausnehmung (114) und die zweite Aus- nehmung (124) mit einem in einem vorgegebenen Wellenlän- genbereich transparenten Material (150) verfüllt sind, und wobei das transparente Material (150) den optoelekt- ronischen Halbleiterchip (130) bedeckt. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wo- bei der vorgegebene Wellenlängenbereich zwischen einer minimalen Wellenlänge von zweihundert Nanometer und einer maximalen Wellenlänge von fünftausend Nanometer liegt. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 2, wo- bei der vorgegebene Wellenlängenbereich Ultraviolett- Strahlung oder sichtbares Licht oder Infrarot-Strahlung umfasst . Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 3, wobei die erste Montageebene (113) eine erste Beschichtung aufweist und/oder die zweite Montage- ebene (123) eine zweite Beschichtung aufweist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 4, wobei die erste Unterseite (111) und die zweite Unterseite (121) in einer ersten Ebene liegen, die erste Montageebene (113) und die zweite Montageebene (123) in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene liegen und die erste Oberseite (112) und die zweite Ober- seite (122) in einer dritten Ebene parallel zur ersten Ebene liegen. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 5, wobei die erste Ausnehmung (114) bis zur ersten Oberseite (112) und die zweite Ausnehmung (124) bis zur zweiten Oberseite (122) mit dem transparenten Ma- terial (150) verfüllt sind. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 6, wobei ein erster Abstand (161) zwischen der ersten Unterseite (111) und der ersten Montageebene (113) zwischen zwanzig und siebzig Mikrometer, insbeson- dere zwischen dreißig und sechzig Mikrometer, beträgt. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 7, wobei ein zweiter Abstand (162) zwischen der ersten Montageebene (113) und der ersten Oberseite (112) zwischen einhundertfünfzig und zweihundertfünfzig
Mikrometer, insbesondere zwischen einhundertachtzig und zweihundertzwanzig Mikrometer, beträgt. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Metallschicht (170) oberhalb der ersten Oberseite (112). Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 9, wo- bei die Metallschicht (170) eine Öffnung (173) oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips (130) aufweist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 10, wo- bei im Bereich der Öffnung (173) ein Konversionselement (181) und/oder eine Linse (182) angeordnet ist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 9 bis 11, wobei ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip (133) auf der Metallschicht (170) angeord- net ist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 9 bis 12, wobei ein Teil des optoelektronischen Halbleiterchips (130) unterhalb der Metallschicht (170) angeordnet ist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 13, wobei ein weiterer optoelektronischer Halbleiterchip (133) auf der zweiten Montageebene (123) angeordnet und mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt (110) elektrisch leitfähig verbunden ist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 14, wo- bei der optoelektronische Halbleiterchip (130) eine erste Dotierung (131) in einer dem ersten Leiterrahmenabschnitt (110) zugewandten Schicht und der weitere optoelektroni- sche Halbleiterchip (133) eine erste Dotierung (131) in einer dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (120) abgewandten Schicht aufweist. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 15, ferner aufweisend ein reflektierendes Element mit dem vom optoelektronischen Halbleiterchip (130) ausgehende Strahlung in einen Bereich (101) zwi- schen dem ersten Leiterrahmenabschnitt (110) und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (120) reflektiert oder durch einen Bereich (101) zwischen dem ersten Leiterrah- menabschnitt (110) und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (120) eintretende Strahlung zum optoelektronischen Halb- leiterchip (130) reflektiert wird. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der An- sprüche 1 bis 16, ferner aufweisend eine erste Lötfläche (191), die mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt (110) elektrisch leitfähig verbunden ist und eine zweite Lötfläche (192), die mit dem zweiten Leiterrahmenab- schnitt (120) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das optoelektronische Bauelement (100) mittels der Lötflächen (191, 192) mit einem Träger verlötet werden kann. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauele- ments (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit den folgenden Schritten:
Formen des ersten Leiterrahmenabschnitts (110) mit der ersten Ausnehmung (114) und des zweiten Leiter- rahmenabschnitts (120) mit der zweiten Ausnehmung (124);
Montieren des optoelektronischen Halbleiterchips (130) an der ersten Montageebene (113) des ersten Leiterrahmenabschnitts (110);
Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip (130) und der zweiten Montageebene (123);
Einbringen des transparenten Materials (150) derart, dass die erste Ausnehmung (114) und die zweite Aus- nehmung (124) mit dem transparenten Material (150) zumindest teilweise verfüllt sind, und derart, dass das transparente Material (150) den optoelektroni- schen Halbleiterchip (130) bedeckt. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Leiterrahmen- abschnitt (110) mit der ersten Ausnehmung (114) und der zweite Leiterrahmenabschnitt (120) mit der zweiten Aus- nehmung (124) vor dem Montieren des optoelektronischen Halbleiterchips (130) geformt wird. Verfahren nach Anspruch 18, wobei zunächst eine Metall- schicht (210) mit einer Ausnehmung (212) geformt wird, dann der optoelektronische Halbleiterchip (130) in der Ausnehmung (212) montiert wird, die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip (130) und der Metallschicht (210) hergestellt wird und das transparente Material (150) in die Ausnehmung (212) eingebracht wird und erst anschließend die Metallschicht (210) zur Formung des ersten Leiterrahmenabschnitts (110) und des zweiten Leiterrahmenabschnitts (120) unterbrochen wird.
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