WO2023285625A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2023285625A1
WO2023285625A1 PCT/EP2022/069802 EP2022069802W WO2023285625A1 WO 2023285625 A1 WO2023285625 A1 WO 2023285625A1 EP 2022069802 W EP2022069802 W EP 2022069802W WO 2023285625 A1 WO2023285625 A1 WO 2023285625A1
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particles
encapsulation
optoelectronic semiconductor
carrier
concentration
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PCT/EP2022/069802
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Daniel Richter
Daniel Leisen
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component and an optoelectronic semiconductor component are specified.
  • One problem to be solved is to specify a method for producing an optoelectronic semiconductor component which has improved optical properties.
  • a further problem to be solved consists in specifying a corresponding optoelectronic semiconductor component.
  • a carrier is first provided.
  • the carrier can be, for example, a temporary carrier on which subsequent method steps of the method are carried out.
  • the carrier can be a permanent component of the optoelectronic semiconductor component to be produced, which remains in the optoelectronic semiconductor component and on which method steps of the method can also be carried out.
  • the carrier has mechanically supporting and load-bearing properties and represents the decisive mechanically load-bearing component during the method described here and, if necessary, in the finished optoelectronic semiconductor component.
  • the carrier has a main extension plane in which it mainly extends in the lateral direction.
  • the main extension plane can, for example, run parallel to a bottom surface and/or a top surface of the carrier. Lateral surfaces of the carrier, which connect the bottom and top surfaces, then run in the vertical direction transversely or perpendicularly to the main plane of extension.
  • an optoelectronic semiconductor chip which has a bottom area and a top area remote from the bottom area, is applied to the carrier, the top area being directed away from the carrier.
  • the bottom surface faces the wearer.
  • the bottom surface and the top surface can run parallel to the main extension plane of the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chip is in particular a radiation-receiving or a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip can be a photodiode chip, a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip is mechanically attached to the carrier. This can be done, for example, by gluing or soldering. In this case, it is possible for the optoelectronic semiconductor chip to be electrically conductively connected to the carrier.
  • the carrier can in particular be a component of the optoelectronic semiconductor component to be produced, which is used for making electrical contact with the optoelectronic semiconductor chip.
  • the carrier can in this case, for example, a connection carrier such as a Include printed circuit board or a leadframe or be formed by one of these components.
  • optoelectronic semiconductor chip or two or more optoelectronic semiconductor chips are applied to the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chips can then be of the same type, in particular of identical construction or different optoelectronic semiconductor chips.
  • an encapsulation with first particles and second particles is applied to the carrier, so that the encapsulation surrounds the optoelectronic semiconductor chip at least in places.
  • the encapsulation it is possible for the encapsulation to be applied first and for the first particles and the second particles to be subsequently introduced into the encapsulation.
  • the first particles and second particles that have already been introduced into the encapsulation it is possible for the first particles and second particles that have already been introduced into the encapsulation to be applied together with the encapsulation.
  • the encapsulation can, for example, comprise a radiation-transmissive matrix material which has a transparency of at least 70% for electromagnetic radiation that is generated or is to be detected in the semiconductor chip.
  • the encapsulation surrounds the optoelectronic semiconductor chip at least in places.
  • the top surface of the optoelectronic semiconductor chip can remain free of the encapsulation or be covered by the encapsulation.
  • a large number of first particles and a large number of second particles are introduced into the encapsulation.
  • the first and the second particles differ from one another by at least one property.
  • the first particles and the second particles have different optical properties, such as different reflectivities and/or absorption rates for the radiation to be detected in the optoelectronic semiconductor chip or to be emitted by the latter.
  • the carrier is aligned with the components arranged on the carrier in such a way that a gravitational force acts on the first particles and the second particles, which has a first component, which is in a direction perpendicular to the main plane of extension from the bottom surface to the top surface runs.
  • the carrier is rotated in such a way that the top surface of the optoelectronic semiconductor chip points downwards in the gravitational field.
  • the first particles are separated from the second particles in the encapsulation due to the force of gravity, so that in a first area of the encapsulation the concentration of the first particles is greater than the concentration of the second particles and in a second area of the encapsulation the Concentration of the second particles is greater than the concentration of the first particles.
  • the first particles are separated from the second particles by the action of the gravitational force and possibly a buoyancy force.
  • the particles are located in the not yet fully cured encapsulation, in which they can move relative to the optoelectronic semiconductor chip.
  • the particles can be separated at room temperature or at slightly elevated temperatures in the range from at least 30 to at most 60.degree. In this area, the viscosity of the casting is reduced, which accelerates the separation of the particles.
  • the encapsulation is cured after the particles have been separated. This can be done thermally and/or by electromagnetic radiation.
  • the method comprises the following steps:
  • the concentration of the first particles is greater than the concentration of the second particles and in a second area of the encapsulation, the concentration of the second particles is greater than the concentration of the first particles, and - curing of the encapsulation.
  • An optoelectronic for example a radiation-emitting semiconductor component in which a semiconductor chip is surrounded by a potting material has the problem that when ambient light is incident, for example sunlight, reflections on the outer surface of the potting or the carrier can lead to reduced contrast perception.
  • scattering particles can be introduced into the encapsulation.
  • other sediment-inhibiting additives such as Aerosils, can optionally be added to the casting. The scattering particles cause an incident light beam to be diffusely scattered in the encapsulation, reflected on the carrier over many solid angles and fanned out further when it exits the encapsulation.
  • the intensity of the reflected light is thereby reduced for a defined, small solid angle in which the observer sees the light emitted, for example, by the optoelectronic semiconductor component.
  • the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip during operation is also scattered.
  • absorbent housing material that surrounds the encapsulation for example, this can lead to a loss of brightness.
  • the properties of the electromagnetic radiation emitted from the optoelectronic semiconductor chip and of the light reflected at the carrier cannot be optimized independently of one another.
  • a further possibility for solving the problem described consists in applying an absorbent potting material which, for example, terminates flush with the top surface of the optoelectronic semiconductor chip.
  • This material has to be applied around the chip in an additional process step. It can completely cover the wearer.
  • the optical properties of the optoelectronic semiconductor component to be produced can be adjusted in a single work step by separating particles with different optical properties in the gravitational field, without additional work steps such as the application of an absorbent material around the chip would be necessary.
  • the properties of the optoelectronic Semiconductor chip emitted light and the light reflected from the carrier can be optimized independently.
  • the carrier is aligned in such a way that the gravitational force has a second component which runs parallel to the main plane of extension of the carrier.
  • the carrier with the remaining components is positioned obliquely with respect to the gravitational force in this exemplary embodiment, so that one component of the force acting on the particles runs perpendicular to the main plane of extension of the carrier and another component parallel to the main plane of extension of the carrier.
  • the carrier is, for example, offset by at least 10° and at most 30°, for example by 20°, from the perpendicular orientation, in which the second component would be zero.
  • the carrier prefferably aligned such that the gravitational force has a second component, which runs parallel to the main plane of extension, is only temporarily maintained and before curing the carrier is aligned in such a way that only a gravitational force with a component perpendicular to the main plane of extension acts on the particles.
  • homogeneous layer thicknesses of the first area and of the second area can be achieved.
  • the first particles have a density that is less than the density of the encapsulation.
  • the density of the first particles can be chosen in particular such that they oppose the buoyancy force in the potting
  • At least some of the first particles can then be in direct contact with the carrier after the end of the method.
  • the second particles have a density that is greater than the density of the encapsulation.
  • the density of the second particles can in particular be selected such that they move away from the semiconductor chip in the direction of the gravitational force and are deposited on an outer surface of the encapsulation which is remote from the semiconductor chip. At least some of the particles can then be exposed on the outer surface of the potting.
  • third particles are present in the encapsulation, which are located in a third area of the encapsulation, the third area being arranged between the first area and the second area.
  • the third particles are, for example, diffuser particles with a size in the nanometer range, which contribute to the diffusion of the optoelectronic semiconductor chip during operation are set up to be detected or emitted electromagnetic radiation. These then serve, for example, to set a homogeneous, direction-independent color impression of the emitted electromagnetic radiation.
  • the concentration of the third particles can be greatest in the third area of the encapsulation, in particular greater than the concentration of the first and second particles. It is possible in particular for the third particles to be present in the encapsulation in a uniformly distributed manner and to have the same or a similar concentration in all areas of the encapsulation.
  • another encapsulation is applied to the encapsulation before or after curing, which can be in direct contact with at least one of the second particles and/or the encapsulation in places after the particles have been separated.
  • an interface can be formed between the encapsulation and the further encapsulation, at which, for example, second particles are present, some of which can be in direct contact with the encapsulation and the further encapsulation.
  • an optoelectronic semiconductor component is specified.
  • the optoelectronic semiconductor component can be produced using a method described here. This means that all of the features disclosed for the method are also disclosed for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
  • the second region of the encapsulation in which the Concentration of the second particles is greater than the concentration of the first particles, in a direction running from the bottom surface of the semiconductor chip to the top surface of the semiconductor chip, arranged over the first region.
  • the second area of the encapsulation is closer to the top surface of the semiconductor chip than the first area and the first area is closer to the bottom surface of the semiconductor chip than the second area.
  • the first particles have a density that is less than a density of the second particles.
  • an optoelectronic semiconductor component is specified with
  • the concentration of the first particles is greater than the concentration of the second particles
  • the concentration of the second particles is greater than the concentration of the first particles
  • the second area is arranged above the first area in a direction running from the bottom surface to the top surface
  • the first particles have a density which is less than a density of the second particles.
  • the second area is arranged closer to a radiation passage side of the encapsulation than the first area. Electromagnetic radiation leaves the optoelectronic semiconductor component through the radiation passage side and enters the optoelectronic semiconductor component.
  • a radiation passage side which is in particular a radiation exit side for a radiation-emitting semiconductor chip
  • the second particles can form a roughening, for example, on the radiation passage side.
  • a radiation passage side of the semiconductor component is arranged on that side of the semiconductor chip which is remote from the bottom area of the semiconductor chip.
  • the radiation passage side of the semiconductor component is formed, for example, by the exposed outer surface of the encapsulation or another encapsulation.
  • Second particles can be arranged on the radiation passage side of the semiconductor component.
  • the first area and the second area are separated from one another by a third area, the concentration of the first particles being lower in the third area than in the first area and the concentration of the second particles being lower than in the second area.
  • third particles are introduced into the casting in the third area, which are different from the first and the second particles and which have a sedimentation rate that is smaller than a sedimentation speed of the first particles and/or the second particles.
  • the third particles can have a smaller diameter than the first and second particles.
  • the third particles can, for example, be evenly distributed throughout the encapsulation.
  • the third region can be completely or partially free of first and second particles.
  • the first particles are radiation-reflecting particles that have a reflectivity of at least 0.7.
  • the second particles can then be radiation-absorbing particles which have a reflectivity of at most 0.2.
  • the top surface of the semiconductor chip is free from encapsulation.
  • the encapsulation is arranged around the semiconductor chip.
  • the encapsulation can be flush with the top surface of the semiconductor chip in places. In this case, it is possible for the second area of the encapsulation to terminate flush with the top surface of the semiconductor chip.
  • a further encapsulation is applied to the encapsulation, wherein the further encapsulation is in direct contact with at least one of the second particles and/or the encapsulation. That is, at least one of the second particles may be exposed at the outer surface of the encapsulation and in direct contact with the further encapsulation at the interface between the encapsulation and the further encapsulation.
  • An outer surface of the encapsulation is roughened by the second particles, since the second particles can protrude from the encapsulation in places. The other Due to this roughening, the encapsulation and the encapsulation can be mechanically connected to one another in a particularly stable manner, so that the risk of the further encapsulation detaching from the encapsulation is reduced.
  • the second particles are phosphors.
  • the second particles can then be, for example, a ceramic luminescence conversion material and/or a semiconductor-based luminescence conversion material, such as quantum dots. That
  • Luminescence conversion material is provided to convert at least part of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor chip during operation into electromagnetic radiation of a different wavelength range.
  • the first particles have a base material and are hollow in places.
  • the first particles are formed with glass.
  • the outer surfaces of the first particles can then have a reflective or absorbing coating, as required.
  • the first particles can have a reflectivity of at least 0.7 or at most 0.2, for example. In this way, reflecting or absorbing particles can be provided, which are arranged in the first area of the encapsulation due to their design as hollow particles.
  • Figures 1A to IC show schematic sectional views, based on which a first
  • FIG. 1C shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component described here.
  • FIGS. 2A to 2C A further exemplary embodiment of a method described here is explained in more detail on the basis of the schematic sectional illustrations in FIGS. 2A to 2C.
  • a carrier 22 which has a main extension plane 22c.
  • the carrier 22 is, for example, part of a housing 28 which has a cavity 29 .
  • An optoelectronic semiconductor chip 21 with a bottom surface 21b and a top surface 21a is mounted on the carrier 22 in the cavity 29 .
  • the top surface 22a is directed away from the carrier 22.
  • the optoelectronic semiconductor chip is an LED chip, for example, which is mechanically connected to the carrier 22 and can be electrically conductively connected to it via a bonding wire 35 .
  • the semiconductor chip 21 can also be a flip chip that is attached to the carrier 22 without bonding wires.
  • the LED chip can be provided to generate visible light, infrared radiation and/or UV radiation during operation.
  • an encapsulation 23 is subsequently introduced into the cavity 29 , which encapsulates the first particles 24 and second particles 25 .
  • the encapsulation 23 is formed with a silicone or an epoxy material, for example.
  • the encapsulation 23 is introduced in such a way that the top surface 21a of the semiconductor chip 21 is not covered by the encapsulation 23.
  • the carrier 22 is aligned in such a way that a gravitational force G acts on the first particles 24 and the second particles 25, which has a first component Gl, which is in a direction R perpendicular to the main plane of extension 2c from the bottom surface 21b to of the top surface 21a runs.
  • the carrier is aligned such that the Gravitational force has a single component, the component Gl.
  • the first particles 24 are separated from the second particles 25 in the gravitational field, so that in a first region 26 of the encapsulation 23 the concentration of the first particles 24 is greater than the concentration of the second particles 25 and in a second region 27 of the encapsulation 23 the concentration of the second particles 25 is greater than the concentration of the first particles 24.
  • the first particles 24 have a lower density than the second particles 25, for example.
  • the first particles 24 have a lower density than the encapsulation 23 .
  • the first particles 24 are deposited on the upper side of the carrier 22 facing the semiconductor chip.
  • the second particles 25 are deposited on the outer surface of the encapsulation 23 facing away from the carrier 22 .
  • the first particles 24 are hollow spheres formed, for example, with glass and coated with a highly reflective material or a DBR structure.
  • the hollow spheres are formed with or coated with a radiation-absorbing material.
  • the second particles 25 can in particular be radiation-absorbing particles which have a reflectivity of less than 0.2. In this way, an optoelectronic semiconductor component can be produced in which a contrast around the semiconductor chip is particularly high.
  • a further encapsulation 33 can optionally be introduced into the cavity 29.
  • the further encapsulation 33 can be formed, for example, with the same material as the encapsulation 23 without first and second particles being introduced into the further encapsulation 33 .
  • other fillers such as converters, diffuser particles and/or thixotropic fillers can be introduced in the further casting 33 . Hardening of the further encapsulation 33 can also take place “upside down” or in a different position.
  • the optoelectronic semiconductor component produced in this way is shown schematically in FIG. It has a radiation passage side 30 through which electromagnetic radiation generated in the semiconductor chip 21 during operation can leave the semiconductor component. Electrical contacting of the semiconductor component from the outside can take place, for example, through the electrical contacts 37 .
  • the carrier 22 can comprise a connection carrier or a leadframe.
  • the side wall 36 of the cavity 29 can, for example, be reflective for the electromagnetic radiation to be generated during operation or for the electromagnetic radiation to be detected during operation.
  • the concentration of the first particles 24 is greater than the concentration of the second particles 25 in the first region 26 of the encapsulation 23.
  • the concentration of the second particles is greater than the concentration of the first particles 24 second region 27 is in a direction R that is different from that Bottom surface 21b runs to the top surface 21a, arranged over the first region 26 and the first particles 24 have a density which is smaller than a density of the second particles 25.
  • the cavity 29 can first be completely filled with the encapsulation 23, FIG. 2A.
  • the carrier is then aligned in such a way that the gravitational force G has a second component G2, which runs parallel to the main plane of extension 22c. This takes place before the encapsulation hardens, so that the gravitational force acts on the particles 24 , 25 .
  • the carrier is aligned, for example, with an offset of at least 10° and at most 30°, for example 20°, from the perpendicular alignment. In this way it is possible that first particles 24 in particular are not deposited on the top surface 21a of the semiconductor chip 21 .
  • the component Before the encapsulation hardens, the component can be aligned vertically again, as a result of which constant layer thicknesses of the first area 26 and of the second area 27 can be achieved. Furthermore, before and after aligning the carrier, a slight centrifugation can take place, which also leads to a more homogeneous distribution of the particles 24, 25.
  • the first particles 24 are, for example, hollow spheres that have a highly reflective or highly absorbent coating.
  • the second particles can be for example, they are phosphors and/or particles that are used for surface roughening and/or particles that are used for antireflection and/or diffuser particles.
  • the encapsulation 23 can also include a third region 31 in which third particles 32 are introduced, which are, for example, diffuser particles that are smaller than the first and the second particles and have a diameter in the nanometer range.
  • third particles 32 are introduced, which are, for example, diffuser particles that are smaller than the first and the second particles and have a diameter in the nanometer range.
  • the particles can be separated at room temperature or at slightly elevated temperatures in the range from at least 30 to at most 60.degree.
  • the viscosity of the encapsulation 23 is reduced in this area, as a result of which the separation of the particles is accelerated.
  • a covering body 38 is applied to the top surface 21a of the semiconductor chip 21.
  • the covering body 38 serves to keep the particles 24 away from the top surface 21a of the semiconductor chip 21 .
  • the covering body 38 can be designed in the manner of a dome, which helps the particles to flow off, in particular in the case of an oblique orientation.
  • the covering body can also have optical properties and, for example, form a lens or comprise a phosphor.
  • the covering body 38 can bring about an adaptation of the refractive index between the semiconductor chip 21 and a volume encapsulation, the refractive index of the covering body lying between that of the semiconductor chip 21 and that of the volume encapsulation.
  • a temporary carrier 22 is made available, into the cavity 29 of which several semiconductor chips 21, each of which is of identical design, are introduced.
  • a potting 23 is then introduced into the cavity 29 which, as described for the other exemplary embodiments, comprises first particles 24 and second particles 25 and optionally third particles 32 .
  • FIG. 3C the carrier 22 is aligned upside down in the gravitational field, in which case a separation of the first particles 24 and the second particles 25 can be supported by centrifugation.
  • the carrier 22 is removed and singulation into optoelectronic semiconductor components, each of which comprises at least one semiconductor chip 21, can take place.
  • connection carrier 29 can optionally be attached.
  • the carrier is therefore a temporary carrier that does not remain in the semiconductor component.
  • a temporary cover 41 is applied, which is mechanically connected, for example, via a film 40 connected to the arrangement.
  • the film can be an ETFE film, for example, which is used for better sealing and makes it easier to detach the cover 41 .
  • the cover 41 may be flexible to follow shrinkage of the potting material 23 upon curing. Curing can take place under overpressure.
  • a spring mechanism can be implemented to ensure sufficient pressure during curing.
  • the cover 41 it is possible for the cover 41 to be of rigid design and for the potting material 23 not to shrink.
  • cover 41 for example, it is particularly easy to enable forced sedimentation of the denser, second particles 25 by centrifuging in the orientation of the arrangement in which the gravitational force acts downwards as shown.
  • the invention is not based on the description

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (20) angegeben mit - Bereitstellen eines Trägers (22) mit einer Haupterstreckungsebene (22c), - Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterchips (21) mit einer Bodenfläche (21b) und einer Deckfläche (21a) auf den Träger (22), wobei die Deckfläche (21a) vom Träger (22) weggerichtet ist, - Aufbringen eines strahlungsdurchlässigen Vergusses (23) mit ersten Partikeln (24) und zweiten Partikeln (25) auf den Träger (22), so dass der Verguss (23) den optoelektronischen Halbleiterchip (21) zumindest stellenweise umgibt, - Ausrichten des Trägers (22) derart, dass auf die ersten Partikel (24) und die zweiten Partikel (25) eine Gravitationskraft (G) wirkt, die eine erste Komponente (G1) aufweist, welche in einer Richtung (R) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (22c) von der Bodenfläche (21b) zu der Deckfläche (21a) verläuft, - Separieren der ersten Partikel (24) von den zweiten Partikeln (25) aufgrund der Gravitationskraft (G), so dass in einem ersten Bereich (26) des Vergusses (23) die Konzentration der ersten Partikel (24) größer als die Konzentration der zweiten Partikel (25) und in einem zweiten Bereich (27) des Vergusses (23) die Konzentration der zweiten Partikel (25) größer als die Konzentration der ersten Partikel (24) ist, und - Aushärten des Vergusses (23).

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, welches verbesserte optische Eigenschaften aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Träger bereitgestellt. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen temporären Träger handeln, auf dem nachfolgende Verfahrensschritte des Verfahrens ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann es sich bei dem Träger um eine dauerhafte Komponente des herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements handeln, der im optoelektronischen Halbleiterbauelement verbleibt und auf dem ebenfalls Verfahrensschritte des Verfahrens ausgeführt werden können.
Der Träger hat mechanisch stützende und tragende Eigenschaften und stellt während des hier beschriebenen Verfahrens und gegebenenfalls im fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement die maßgebliche mechanisch tragende Komponente dar. Der Träger weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der er sich hauptsächlich in lateraler Richtung erstreckt. Die Haupterstreckungsebene kann beispielsweise zu einer Bodenfläche und/oder einer Deckfläche des Trägers parallel verlaufen. Seitenflächen des Trägers, die Boden- und Deckfläche verbinden, verlaufen dann in vertikaler Richtung quer oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein optoelektronischer Halbleiterchip, der eine Bodenfläche und eine der Bodenfläche abgewandte Deckfläche aufweist, auf dem Träger aufgebracht, wobei die Deckfläche vom Träger weggerichtet ist. Die Bodenfläche ist dem Träger zugewandt. Die Bodenfläche und die Deckfläche können parallel zur Haupterstreckungsebene des Trägers verlaufen.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen strahlungsempfangenden oder einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen Photodiodenchip, einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip handeln.
Der optoelektronische Halbleiterchip wird am Träger mechanisch befestigt. Dies kann beispielsweise durch Kleben oder Löten erfolgen. Dabei ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip elektrisch leitend mit dem Träger verbunden ist. In diesem Fall kann es sich bei dem Träger insbesondere um eine Komponente des herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements handeln, die zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips dient. Der Träger kann in diesem Fall beispielsweise einen Anschlussträger wie beispielsweise eine Leiterplatte oder einen Leadframe umfassen oder durch eine dieser Komponenten gebildet sein.
Es ist ferner möglich, dass genau ein optoelektronischer Halbleiterchip oder zwei oder mehr optoelektronische Halbleiterchips auf den Träger aufgebracht werden. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips kann es sich dann um gleichartige, insbesondere baugleiche oder unterschiedliche optoelektronische Halbleiterchips handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Aufbringen eines Vergusses mit ersten Partikeln und zweiten Partikeln auf den Träger, so dass der Verguss den optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise umgibt. Dabei ist es möglich, dass zunächst der Verguss aufgebracht wird und die ersten Partikel und die zweiten Partikel nachträglich in den Verguss eingebracht werden. Alternativ ist es möglich, dass die bereits in den Verguss eingebrachten ersten Partikel und zweiten Partikel zusammen mit dem Verguss aufgebracht werden. Der Verguss kann zum Beispiel ein strahlungsdurchlässiges Matrixmaterial umfassen, das eine Transparenz für eine im Halbleiterchip erzeugte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung von wenigstens 70% aufweist.
Der Verguss umgibt den optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise. Die Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterchips kann dabei frei vom Verguss bleiben oder vom Verguss überdeckt werden. Dabei ist es ferner möglich, dass der Verguss nach der Fertigstellung des Verfahrens an der Deckfläche des Halbleiterchips verbleibt oder nach der Fertigstellung des Verfahrens die Deckfläche des Halbleiterchips frei vom Verguss ist. In den Verguss sind dabei eine Vielzahl erster Partikel und eine Vielzahl zweiter Partikel eingebracht. Die ersten und die zweiten Partikel unterscheiden sich durch wenigstens eine Eigenschaft voneinander. Beispielsweise weisen die ersten Partikel und die zweiten Partikel unterschiedliche optische Eigenschaften wie beispielsweise unterschiedliche Reflektivitäten und/oder Absorptionsraten für die im optoelektronischen Halbleiterchip zu detektierende oder von diesem zu emittierende Strahlung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Ausrichten des Trägers mit den auf dem Träger angeordneten Komponenten derart, dass auf die ersten Partikel und die zweiten Partikel eine Gravitationskraft wirkt, die eine erste Komponente aufweist, welche in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene von der Bodenfläche zu der Deckfläche verläuft. Mit anderen Worten, wird der Träger derart gedreht, dass die Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterchips im Gravitationsfeld nach unten weist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Separieren der ersten Partikel von den zweiten Partikeln im Verguss aufgrund der Gravitationskraft, so dass in einem ersten Bereich des Vergusses die Konzentration der ersten Partikel größer als die Konzentration der zweiten Partikel und in einem zweiten Bereich des Vergusses die Konzentration der zweiten Partikel größer als die Konzentration der ersten Partikel ist. Mit anderen Worten werden die ersten Partikel von den zweiten Partikeln durch die Einwirkung der Gravitationskraft und gegebenenfalls einer Auftriebskraft separiert. Die Partikel befinden sich dabei im noch nicht vollständig ausgehärteten Verguss, in dem sie sich relativ zum optoelektronischen Halbleiterchip bewegen können. Das Separieren der Partikel kann dabei bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen im Bereich von wenigstens 30 bis höchstens 60 °C stattfinden. In diesem Bereich ist die Viskosität des Vergusses verringert, wodurch die Separation der Partikel beschleunigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Separieren der Partikel ein Aushärten des Vergusses. Dies kann thermisch und/oder durch elektromagnetische Strahlung erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Trägers mit einer Haupterstreckungsebene,
- Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer Bodenfläche und einer Deckfläche auf den Träger, wobei die Deckfläche vom Träger weggerichtet ist,
- Aufbringen eines Vergusses mit ersten Partikeln und zweiten Partikeln auf den Träger, so dass der Verguss den optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise umgibt,
- Ausrichten des Trägers derart, dass auf die ersten Partikel und die zweiten Partikel eine Gravitationskraft wirkt, die eine erste Komponente aufweist, welche in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene von der Bodenfläche zu der Deckfläche verläuft,
- Separieren der ersten Partikel von den zweiten Partikeln aufgrund der Gravitationskraft, so dass in einem ersten Bereich des Vergusses die Konzentration der ersten Partikel größer als die Konzentration der zweiten Partikel und in einem zweiten Bereich des Vergusses die Konzentration der zweiten Partikel größer als die Konzentration der ersten Partikel ist, und - Aushärten des Vergusses.
Die Verfahrensschritte können dabei in der hier angegebenen Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
Das hier beschriebene Verfahren macht sich dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zunutze:
Ein optoelektronisches, zum Beispiel ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, bei dem ein Halbleiterchip von einem Vergussmaterial umgeben ist, weist das Problem auf, dass bei einfallendem Umgebungslicht, zum Beispiel Sonnenlicht, Reflexe an der Außenfläche des Vergusses oder dem Träger zu einer reduzierten Kontrastwahrnehmung führen können. Zur Reduzierung dieses Problems können beispielsweise Streupartikel in den Verguss eingebracht werden. Ferner können gegebenenfalls weitere sedimentationshemmende Zusätze, wie zum Beispiel Aerosile, dem Verguss beigefügt werden. Die Streupartikel bewirken, dass ein einfallender Lichtstrahl im Verguss diffus gestreut, am Träger über viele Raumwinkel hinweg reflektiert und beim Austritt aus dem Verguss weiter aufgefächert wird.
Für einen definierten, kleinen Raumwinkel, in dem der Betrachter das vom optoelektronischen Halbleiterbauteil beispielsweise ausgesandte Licht sieht, wird dadurch die Intensität des reflektierten Lichts reduziert. Gleichzeitig erfolgt aber auch eine Streuung der im Betrieb vom optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung. Dies kann beispielsweise bei einem schwarzen, absorbierenden Gehäusematerial, welches den Verguss umgibt, zu Helligkeitsverlusten führen. Die Eigenschaften der aus dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung und des am Träger reflektierten Lichts können dabei nicht unabhängig voneinander optimiert werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Lösung des beschriebenen Problems besteht im Aufbringen eines absorbierenden Vergussmaterials, welches beispielsweise bündig mit der Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterchips abschließt. Dieses Material muss in einem zusätzlichen Verfahrensschritt um den Chip herum aufgebracht werden. Es kann den Träger vollständig bedecken. Insbesondere bei optoelektronischen Halbleiterchips, bei denen ein nennenswerter Anteil der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung durch die Seitenflächen austritt, führt dies zu deutlichen HelligkeitsVerlusten.
Eine Idee des hier beschriebenen Verfahrens besteht nun unter anderem darin, dass durch die Separation von Partikeln mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften im Gravitationsfeld die optischen Eigenschaften des herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelements in einem einzigen Arbeitsschritt eingestellt werden können, ohne dass zusätzliche Arbeitsschritte wie beispielsweise das Aufbringen eines absorbierenden Materials um den Chip herum notwendig wären. Darüber hinaus können über die unterschiedlichen Partikel die Eigenschaften des vom optoelektronischen Halbleiterchip emittierten Lichts und des am Träger reflektierten Lichts unabhängig voneinander optimiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Ausrichtung des Trägers derart, dass die Gravitationskraft eine zweite Komponente aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft. Das heißt, der Träger mit den restlichen Komponenten wird in diesem Ausführungsbeispiel schief bezüglich der Gravitationskraft positioniert, so dass eine Komponente der auf die Partikel wirkenden Kraft senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft und eine weitere Komponente parallel zur Haupterstreckungsebene des Trägers. Der Träger wird beispielsweise um wenigstens 10° und höchstens 30°, zum Beispiel um 20° versetzt zur senkrechten Ausrichtung, bei der die zweite Komponente Null wäre, ausgerichtet .
Auf diese Weise ist es möglich, dass Partikel, die sich im Verguss entgegen der Gravitationsrichtung bewegen und dort aufgrund der Auftriebskraft aufsteigen, durch die parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufende zweite Komponente der Gravitationskraft im Verguss von der Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterchips entfernt werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich die Partikel in nennenswerter Anzahl auf der Deckfläche des Halbleiterchips ablagern und dort nach Abschluss des Verfahrens verbleiben.
Dabei ist es möglich, dass die Ausrichtung des Trägers derart, dass die Gravitationskraft eine zweite Komponente aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, nur zeitweise aufrechterhalten wird und vor dem Aushärten eine Ausrichtung des Trägers derart erfolgt, dass lediglich eine Gravitationskraft mit einer Komponente senkrecht zur Haupterstreckungsebene auf die Partikel wirkt. Dadurch können homogene Schichtdicken des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die ersten Partikel eine Dichte auf, die kleiner als die Dichte des Vergusses ist. Die Dichte der ersten Partikel kann dabei insbesondere derart gewählt werden, dass sie aufgrund der Auftriebskraft im Verguss entgegen der
Gravitationsrichtung aufsteigen und sich beispielsweise am Träger oder in der Nähe des Trägers ablagern. Zumindest manche der ersten Partikel können sich dann nach dem Abschluss des Verfahrens in direktem Kontakt mit dem Träger befinden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die zweiten Partikel eine Dichte auf, die größer ist als die Dichte des Vergusses. Die Dichte der zweiten Partikel kann dabei insbesondere so gewählt werden, dass sie sich in Richtung der Gravitationskraft vom Halbleiterchip entfernen und an einer dem Halbleiterchip abgewandten Außenfläche des Vergusses ablagern. Zumindest manche der Partikel können dann an der Außenfläche des Vergusses freiliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind dritte Partikel im Verguss vorhanden, die sich in einem dritten Bereich des Vergusses befinden, wobei der dritte Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist. Bei den dritten Partikeln handelt es sich beispielsweise um Diffusorpartikel mit einer Größe im Nanometerbereich, die zur Diffusion der vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb zu detektierenden oder zu emittierenden elektromagnetischen Strahlung eingerichtet sind. Diese dienen dann beispielsweise zur Einstellung eines homogenen, richtungsunabhängigen Farbeindrucks der emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Im dritten Bereich des Vergusses kann die Konzentration der dritten Partikel am größten sein, insbesondere größer als die Konzentration der ersten und der zweiten Partikel. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die dritten Partikel im Verguss gleichverteilt vorliegen und in allen Bereichen des Vergusses dieselbe oder eine ähnliche Konzentration aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf dem Verguss vor oder nach dem Aushärten ein weiterer Verguss aufgebracht, der nach dem Separieren der Partikel stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest einem der zweiten Partikel und/oder dem Verguss stehen kann. Das heißt, zwischen dem Verguss und dem weiteren Verguss kann eine Grenzfläche ausgebildet sein, an der zum Beispiel zweite Partikel vorhanden sind, von denen sich manche mit dem Verguss und dem weiteren Verguss in direktem Kontakt befinden können.
Es wird darüber hinaus ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der zweite Bereich des Vergusses, in dem die Konzentration der zweiten Partikel größer als die Konzentration der ersten Partikel ist, in einer Richtung, die von der Bodenfläche des Halbleiterchips zu der Deckfläche des Halbleiterchips verläuft, über dem ersten Bereich angeordnet. Mit anderen Worten, ist der zweite Bereich des Vergusses der Deckfläche des Halbleiterchips näher als der erste Bereich und der erste Bereich ist der Bodenfläche des Halbleiterchips näher als der zweite Bereich. Die ersten Partikel weisen dabei eine Dichte auf, die kleiner als eine Dichte der zweiten Partikel ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben mit
- einem optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Bodenfläche und einer Deckfläche,
- einem Verguss, der den Halbleiterchip zumindest stellenweise bedeckt, und
- ersten Partikel und zweiten Partikel im Verguss, wobei
- in einem ersten Bereich des Vergusses die Konzentration der ersten Partikel größer als die Konzentration der zweiten Partikel ist,
- in einem zweiten Bereich des Vergusses die Konzentration der zweiten Partikel größer als die Konzentration der ersten Partikel ist,
- der zweite Bereich in einer Richtung, die von der Bodenfläche zu der Deckfläche verläuft, über dem ersten Bereich angeordnet ist,
- die ersten Partikel eine Dichte aufweisen, die kleiner als eine Dichte der zweiten Partikel ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Bereich näher an einer Strahlungsdurchtrittsseite des Vergusses angeordnet als der erste Bereich. Durch die Strahlungsdurchtrittsseite verlässt elektromagnetische Strahlung das optoelektronische Halbleiterbauelement und tritt in das optoelektronische Halbleiterbauelement ein.
Beispielsweise ist es möglich, dass eine Strahlungsdurchtrittsseite, bei der es sich für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip insbesondere um eine Strahlungsaustrittsseite handelt, teilweise durch den zweiten Bereich des Vergusses gebildet. Auf diese Weise können die zweiten Partikel beispielsweise an der Strahlungsdurchtrittsseite eine Aufrauung bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterbauelements an der der Bodenfläche des Halbleiterchips abgewandten Seite des Halbleiterchips angeordnet. Die Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterbauelements ist beispielsweise durch die freiliegende Außenfläche des Vergusses oder eines weiteren Vergusses gebildet. An der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterbauelements können zweite Partikel angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste Bereich und der zweite Bereich durch einen dritten Bereich voneinander separiert, wobei im dritten Bereich die Konzentration der ersten Partikel geringer als im ersten Bereich ist und die Konzentration der zweiten Partikel geringer als im zweiten Bereich ist. Beispielsweise sind im dritten Bereich in den Verguss dritte Partikel eingebracht, die verschieden von den ersten und den zweiten Partikeln sind und die eine Sedimentationgeschwindigkeit aufweisen, die kleiner ist als eine Sedimentationgeschwindigkeit der ersten Partikel und/oder der zweiten Partikel. Zum Beispiel können die dritten Partikel einen kleineren Durchmesser als die ersten und die zweiten Partikel aufweisen. Die dritten Partikel können beispielsweise im gesamten Verguss gleich verteilt sein. Der dritte Bereich kann vollständig oder stellenweise frei von ersten und zweiten Partikeln sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den ersten Partikeln um strahlungsreflektierende Partikel, die einen Reflektivität von mindestens 0,7 aufweisen. Bei den zweiten Partikeln kann es sich dann um strahlungsabsorbierende Partikel aufweisen, die einen Reflektivität von höchstens 0,2 aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Deckfläche des Halbleiterchips frei vom Verguss. In diesem Fall ist der Verguss um den Halbleiterchip herum angeordnet. Der Verguss kann stellenweise bündig mit der Deckfläche des Halbleiterchips abschließen. Dabei ist es möglich, dass der zweite Bereich des Vergusses bündig mit der Deckfläche des Halbleiterchips abschließt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein weiterer Verguss auf den Verguss aufgebracht, wobei der weitere Verguss stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest einem der zweiten Partikel und/oder dem Verguss steht. Das heißt, zumindest eines der zweiten Partikel kann an der Außenfläche des Vergusses freiliegen und an der Grenzfläche zwischen Verguss und weiterem Verguss in direktem Kontakt mit dem weiteren Verguss sein. Durch die zweiten Partikel ist eine Außenfläche des Vergusses aufgeraut, da die zweiten Partikel stellenweise aus dem Verguss herausragen können. Der weitere Verguss und der Verguss können aufgrund dieser Aufrauung mechanisch besonders stabil miteinander verbunden sein, so dass die Gefahr eines Ablösens des weiteren Vergusses vom Verguss reduziert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten Partikel Leuchtstoffe. Bei den zweiten Partikeln kann es sich dann beispielsweise um ein keramisches Lumineszenzkonversionsmaterial und/oder ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf Halbleiterbasis, wie beispielsweise Quantenpunkte, handeln. Das
Lumineszenzkonversionsmaterial ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der im Halbleiterchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten Partikel ein Grundmaterial auf und sind stellenweise hohl ausgebildet .
Zum Beispiel sind die ersten Partikel mit Glas gebildet. Die Außenflächen der ersten Partikel können dann je nach Bedarf reflektierend oder absorbierend beschichtet sein. Das heißt, die ersten Partikel können beispielsweise eine Reflektivität von wenigstens 0,7 oder von höchstens 0,2 aufweisen. Auf diese Weise können reflektierende oder absorbierende Partikel bereitgestellt werden, die aufgrund ihrer Ausführung als hohle Partikel im ersten Bereich des Vergusses angeordnet sind.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren 1A bis IC zeigen schematische Schnittdarstellungen, anhand derer ein erstes
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert ist. Die Figur IC zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2A bis 2C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 3A bis 3E sowie der schematischen Schnittdarstellung der Figur 4 sind weitere Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren und optoelektronischen Halbleiterbauelementen näher erläutert .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis IC wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei dem Verfahren wird ein Träger 22 bereitgestellt, der eine Haupterstreckungsebene 22c aufweist. Der Träger 22 ist beispielsweise Teil eines Gehäuses 28, welches eine Kavität 29 aufweist. In die Kavität 29 ist auf dem Träger 22 ein optoelektronischer Halbleiterchip 21 mit einer Bodenfläche 21b und einer Deckfläche 21a aufgebracht. Die Deckfläche 22a ist dabei vom Träger 22 weggerichtet.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen LED-Chip, der mechanisch mit dem Träger 22 verbunden ist und über einen Bonddraht 35 elektrisch leitend mit diesem verbunden sein kann. Alternativ zur Verbindung über einen Bonddraht 35 kann es sich bei dem Halbleiterchip 21 auch um einen Flip-Chip handeln, der ohne Bonddrähte am Träger 22 befestigt ist. Der LED-Chip kann dazu vorgesehen sein, im Betrieb sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und/oder UV-Strahlung zu erzeugen.
In dieser Ausführungsform des Verfahrens wird nachfolgend ein Verguss 23 in die Kavität 29 eingebracht, der erste Partikel 24 und zweite Partikel 25 umfasst. Der Verguss 23 ist beispielsweise mit einem Silikon- oder einem Epoxid-Material gebildet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1A wird der Verguss 23 derart eingebracht, dass die Deckfläche 21a des Halbleiterchips 21 vom Verguss 23 nicht überdeckt wird.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, Figur 1B wird der Träger 22 derart ausgerichtet, dass auf die ersten Partikel 24 und die zweiten Partikel 25 eine Gravitationskraft G wirkt, die eine erste Komponente Gl aufweist, welche in einer Richtung R senkrecht zur Haupterstreckungsebene 2c von der Bodenfläche 21b zu der Deckfläche 21a verläuft. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1B ist der Träger derart ausgerichtet, dass die Gravitationskraft eine einzige Komponente, die Komponente Gl, aufweist .
Im Gravitationsfeld erfolgt ein Separieren der ersten Partikel 24 von den zweiten Partikeln 25, so dass in einem ersten Bereich 26 des Vergusses 23 die Konzentration der erste Partikel 24 größer als die Konzentration der zweiten Partikel 25 und in einem zweiten Bereich 27 des Vergusses 23 die Konzentration der zweiten Partikel 25 größer als die Konzentration der ersten Partikel 24 ist. Dazu weisen die ersten Partikel 24 beispielsweise eine geringere Dichte als die zweiten Partikel 25 auf. Insbesondere weisen die ersten Partikel 24 eine geringere Dichte als der Verguss 23 auf.
Aufgrund einer Auftriebskraft lagern sich die ersten Partikel 24 an der dem Halbleiterchip zugewandten Oberseite des Trägers 22 ab. Dahingegen lagern sich die zweiten Partikel 25 an der dem Träger 22 abgewandten Außenfläche des Vergusses 23 ab. Beispielsweise handelt es sich im Ausführungsbeispiel der Figur 1B bei den ersten Partikeln 24 um hohle Kugeln, die zum Beispiel mit Glas gebildet sind und die mit einem hoch reflektierenden Material oder einer DBR-Struktur beschichtet sind. Alternativ sind die Hohlkugeln mit einem strahlungsabsorbierenden Material gebildet oder mit einem solchen beschichtet.
Bei den zweiten Partikeln 25 kann es sich insbesondere um strahlungsabsorbierende Partikel handeln, die eine Reflektivität von kleiner 0,2 aufweisen. Auf diese Weise kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil erzeugt werden, bei dem ein Kontrast um den Halbleiterchip herum besonders hoch ist. In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur IC, kann optional ein weiterer Verguss 33 in die Kavität 29 eingebracht werden. Der weitere Verguss 33 kann beispielsweise mit dem gleichen Material wie der Verguss 23 gebildet sein, ohne dass erste und zweite Partikel in den weiteren Verguss 33 eingebracht sind. Alternativ oder zusätzlich können im weiteren Verguss 33 weitere Füllstoffe wie Konverter, Diffusorpartikel, und/oder thixothropierende Füllstoffe eingebracht sein. Eine Aushärtung des weiteren Vergusses 33 kann ebenfalls „upside- down" oder in einer anderen Positionierung erfolgen.
Das derart hergestellte optoelektronische Halbleiterbauelement ist in der Figur IC schematisch dargestellt. Es weist eine Strahlungsdurchtrittsseite 30 auf, durch die im Betrieb im Halbleiterchip 21 erzeugte elektromagnetische Strahlung das Halbleiterbauelement verlassen kann. Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements von außerhalb kann beispielsweise durch die elektrischen Kontakte 37 erfolgen. Der Träger 22 kann dazu einen Anschlussträger oder einen Leiterrahmen umfassen.
Die Seitenwand 36 der Kavität 29 kann beispielsweise reflektierend für die im Betrieb zu erzeugende elektromagnetische Strahlung oder die im Betrieb zu detektierende elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein.
Beim derart hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement ist im ersten Bereich 26 des Vergusses 23 die Konzentration der ersten Partikel 24 größer als die Konzentration der zweiten Partikel 25. Im zweiten Bereich 27 des Vergusses ist die Konzentration der zweiten Partikel größer als die Konzentration der ersten Partikel 24. Der zweite Bereich 27 ist in einer Richtung R, die von der Bodenfläche 21b zur Deckfläche 21a verläuft, über den ersten Bereich 26 angeordnet und die ersten Partikel 24 weisen eine Dichte auf, die kleiner als eine Dichte der zweiten Partikel 25 ist.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figuren 2A bis 2C sind weitere Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
Bei dem Verfahren kann zunächst die Kavität 29 vollständig mit dem Verguss 23 befüllt werden, Figur 2A.
Nachfolgend folgt die Ausrichtung des Trägers derart, dass die Gravitationskraft G eine zweite Komponente G2 aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene 22c verläuft. Dies erfolgt vor dem Aushärten des Vergusses, so dass die Gravitationskraft auf die Partikel 24, 25 wirkt. Der Träger wird beispielsweise mit einem Offset von wenigstens 10° und höchstens 30°, zum Beispiel 20°, zur senkrechten Ausrichtung ausgerichtet. Auf diese Weise ist es möglich, dass insbesondere erste Partikel 24 sich nicht auf der Deckfläche 21a des Halbleiterchips 21 ablagern.
Vor dem Aushärten des Vergusses kann das Bauteil wieder senkrecht ausgerichtet werden, wodurch konstante Schichtdicken des ersten Bereichs 26 und des zweiten Bereichs 27 erreicht werden können. Ferner kann vor und nach dem Ausrichten des Trägers jeweils eine leichte Zentrifugierung erfolgen, die ebenfalls zu einer homogeneren Verteilung der Partikel 24, 25 führt.
Bei den ersten Partikeln 24 handelt es sich beispielsweise um Hohlkugeln, die hoch reflektierend oder hoch absorbierend beschichtet sind. Bei den zweiten Partikeln kann es sich beispielsweise um Leuchtstoffe handeln und/oder Partikel, die zur Oberflächenaufrauung dienen und/oder Partikel, die zur Entspiegelung dienen und/oder Diffusorpartikel.
Der Verguss 23 kann ferner einen dritten Bereich 31 umfassen, in dem dritte Partikel 32 eingebracht sind, bei denen es sich beispielsweise um Diffusorpartikel handelt, die kleiner sind als die ersten und die zweiten Partikel und einen Durchmesser im Nanometerbereich aufweisen.
Das Separieren der Partikel kann dabei bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen im Bereich von wenigstens 30 bis höchstens 60 °C stattfinden. In diesem Bereich ist die Viskosität des Vergusses 23 verringert, wodurch die Separation der Partikel beschleunigt ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2C wird ein Abdeckkörper 38 auf der Deckfläche 21a des Halbleiterchips 21 aufgebracht.
Der Abdeckkörper 38 dient zum einen dazu, die Partikel 24 von der Deckfläche 21a des Halbleiterchips 21 wegzuhalten. Dazu kann der Abdeckkörper 38 kuppelartig ausgebildet sein, was ein Abfließen der Partikel insbesondere bei einer schrägen Ausrichtung unterstützt. Darüber kann der Abdeckkörper auch optische Eigenschaften aufweisen und beispielsweise eine Linse bilden oder einen Leuchtstoff umfassen. Ferner kann der Abdeckkörper 38 eine Anpassung des Brechungsindex zwischen dem Halbleiterchip 21 und einem Volumenverguss bewirken, wobei der Brechungsindex des Abdeckkörpers zwischen dem des Halbleiterchips 21 und dem des Volumenvergusses liegt.
In Verbindung mit den Figuren 3A bis 3E sind anhand schematischer Schnittdarstellungen weitere Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren und optoelektronischen Halbleiterbauelementen näher erläutert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3A wird ein temporärer Träger 22 zur Verfügung gestellt, in dessen Kavität 29 mehrere Halbleiterchips 21, die jeweils gleichartig ausgebildet sind, eingebracht werden.
Nachfolgend wird ein Verguss 23 in die Kavität 29 eingebracht, der wie zu den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben erste Partikel 24 und zweite Partikel 25 und optional dritte Partikel 32 umfasst.
Nachfolgend, Figur 3C, erfolgt ein umgedrehtes Ausrichten des Trägers 22 im Gravitationsfeld, wobei eine Separation der ersten Partikel 24 und der zweiten Partikel 25 durch Zentrifugieren unterstützt werden kann.
In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur 3D, wird der Träger 22 entfernt und es kann eine Vereinzelung in optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die jeweils wenigstens einen Halbleiterchip 21 umfassen, erfolgen.
Nachfolgend, Figur 3E, kann ein Anschlussträger 29 optional befestigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Träger also um einen temporären Träger, der nicht im Halbleiterbauelement verbleibt.
In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem zwischen dem in den Figuren 3B und 3C beschriebenen Verfahrensschritt eine temporäre Abdeckung 41 aufgebracht wird, die beispielsweise über eine Folie 40 mechanisch mit der Anordnung verbunden wird. Bei der Folie kann es sich beispielsweise um eine ETFE-Folie handeln, die zur besseren Abdichtung dient und ein Ablösen der Abdeckung 41 erleichtert. Die Abdeckung 41 kann flexibel sein, um einem Schrumpfen des Vergussmaterials 23 beim Aushärten zu folgen. Das Aushärten kann unter Überdruck erfolgen.
Alternativ kann ein Federmechanismus implementiert werden, um ausreichend Druck während der Aushärtung sicherzustellen. Weiter alternativ ist es möglich, dass die Abdeckung 41 starr ausgebildet ist und einem Schrumpfen des Vergussmaterials 23 nicht folgt.
Mit einer Abdeckung 41 ist es beispielsweise besonders leicht möglich, in der Ausrichtung der Anordnung, bei der die Gravitationskraft wie dargestellt nach unten wirkt, zusätzlich durch Zentrifugieren eine erzwungene Sedimentation der dichteren, zweiten Partikel 25 zu ermöglichen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
20 Halbleiterbauelement
21 Halbleiterchip
21a Deckfläche
21b Bodenfläche
22 Träger
22c Haupterstreckungsebene
23 Verguss
24 erste Partikel
25 zweite Partikel
26 erster Bereich
27 zweiter Bereich
28 Gehäuse
29 Kavität
30 Strahlungsdurchtrittsseite
31 dritter Bereich
32 dritte Partikel
33 weiterer Verguss
34 Oberseite
35 Bonddraht
36 Seitenwand
37 elektrischer Kontakt
38 Abdeckkörper
39 Anschlussträger
40 Folie
41 Abdeckung
R Richtung
G Gravitationskraft
Gl erste Komponente
G2 zweite Komponente

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (20) mit
- Bereitstellen eines Trägers (22) mit einer Haupterstreckungsebene (22c),
- Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterchips (21) mit einer Bodenfläche (21b) und einer Deckfläche (21a) auf den Träger (22), wobei die Deckfläche (21a) vom Träger (22) weggerichtet ist,
- Aufbringen eines Vergusses (23) mit ersten Partikeln (24) und zweiten Partikeln (25) auf den Träger (22), so dass der Verguss (23) den optoelektronischen Halbleiterchip (21) zumindest stellenweise umgibt,
- Ausrichten des Trägers (22) derart, dass auf die ersten Partikel (24) und die zweiten Partikel (25) eine Gravitationskraft (G) wirkt, die eine erste Komponente (Gl) aufweist, welche in einer Richtung (R) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (22c) von der Bodenfläche (21b) zu der Deckfläche (21a) verläuft,
- Separieren der ersten Partikel (24) von den zweiten Partikeln (25) aufgrund der Gravitationskraft (G), so dass in einem ersten Bereich (26) des Vergusses (23) die Konzentration der ersten Partikel (24) größer als die Konzentration der zweiten Partikel (25) und in einem zweiten Bereich (27) des Vergusses (23) die Konzentration der zweiten Partikel (25) größer als die Konzentration der ersten Partikel (24) ist, und
- Aushärten des Vergusses (23).
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Ausrichtung des Trägers derart erfolgt, dass die Gravitationskraft (G) eine zweite Komponente (G2) aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene (22c) verläuft.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Partikel (24) eine Dichte aufweisen, die kleiner als eine Dichte des Vergusses (23) ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweiten Partikel (25) eine Dichte aufweisen, die größer als eine Dichte des Vergusses (23) ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dritte Partikel (32) im Verguss (23) vorhanden sind, die sich in einem dritten Bereich (31) befinden, wobei der dritte Bereich (31) zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (27) angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei insbesondere nach dem Separieren ein weiterer Verguss (33) auf den Verguss (23) aufgebracht wird, der nach dem Separieren stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest einem der zweiten Partikel (25) und/oder dem Verguss (23) steht.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) mit:
- einem optoelektronischen Halbleiterchip (21) mit einer Bodenfläche (21b) und einer Deckfläche (21a),
- einem Verguss (23), der den Halbleiterchip (21) zumindest stellenweise bedeckt, und
- ersten Partikel (24) und zweiten Partikel (25) im Verguss (23), wobei - in einem ersten Bereich (26) des Vergusses (23) die Konzentration der ersten Partikel (24) größer als die Konzentration der zweiten Partikel (25) ist,
- in einem zweiten Bereich (27) des Vergusses (23) die Konzentration der zweiten Partikel (25) größer als die Konzentration der ersten Partikel (24) ist,
- der zweite Bereich (27) in einer Richtung (R), die von der Bodenfläche (21b) zu der Deckfläche (21a) verläuft, über dem ersten Bereich (26) angeordnet ist,
- die ersten Partikel (24) eine Dichte aufweisen, die kleiner als eine Dichte der zweiten Partikel (25) ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Bereich (27) näher an einer Strahlungsdurchtrittsseite (30) des Vergusses (23) angeordnet ist als der erste Bereich (26).
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Strahlungsdurchtrittsseite (30) des Halbleiterbauelements (20) an der der Bodenfläche (21b) abgewandten Seite des Halbleiterchips (21) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Bereich (26) und der zweite Bereich (27) durch einen dritten Bereich (31) voneinander separiert sind, wobei im dritten Bereich (31) die Konzentration der ersten Partikel (24) geringer als im ersten Bereich (26) ist und die Konzentration der zweiten Partikel (25) geringer als im zweiten Bereich (27) ist. 11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem dritte Partikel (32) in den Verguss (23) eingebracht sind, wobei die dritten Partikel (32) verschieden von den ersten Partikeln (24) und den zweiten Partikeln (25) sind und eine Sedimentationgeschwindigkeit aufweisen, die kleiner ist als eine Sedimentationgeschwindigkeit der ersten Partikel
(24) und/oder der zweiten Partikel (25).
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die ersten Partikel (24) eine Reflektivität von mindestens 0,7 aufweisen, die zweiten Partikel (25) eine Reflektivität von höchstens 0,2 aufweisen.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Deckfläche (21a) des Halbleiterchips (21) frei vom Verguss (23) ist.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein weiterer Verguss (33) auf den Verguss (23) aufgebracht ist, wobei der weitere Verguss (33) stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest einem der zweiten Partikel
(25) und/oder dem Verguss (23) steht.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweiten Partikel (25) Leuchtstoffe sind.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (20) oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die ersten Partikel (24) ein Grundmaterial aufweisen und stellenweise hohl sind.
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