WO2024028158A1 - Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils - Google Patents

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WO2024028158A1
WO2024028158A1 PCT/EP2023/070567 EP2023070567W WO2024028158A1 WO 2024028158 A1 WO2024028158 A1 WO 2024028158A1 EP 2023070567 W EP2023070567 W EP 2023070567W WO 2024028158 A1 WO2024028158 A1 WO 2024028158A1
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carrier
metallic coating
frame
optoelectronic component
main surface
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PCT/EP2023/070567
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Theo Kaiser
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination

Definitions

  • An optoelectronic component and a method for producing an optoelectronic component are specified.
  • One task of at least certain embodiments is to provide an optoelectronic component with improved mechanical, chemical, optical and/or electro-optical properties, as well as a method for producing such an optoelectronic component.
  • the optoelectronic component comprises a carrier with a main surface.
  • the carrier stabilizes the optoelectronic component mechanically.
  • the carrier is set up, for example, to dissipate heat generated during operation of the optoelectronic component.
  • the carrier in particular has a ceramic or a metal, for example copper or aluminum, or consists of one of these materials.
  • the carrier preferably has electrical contact surfaces for external electrical contacting of the optoelectronic component.
  • the electrical contact surfaces are arranged, for example, on a back surface of the carrier.
  • the back surface refers to a surface of the carrier that is opposite the main surface.
  • the electrical contact surfaces can be used in addition to an external mechanical fastening of the Optoelectronic component be set up.
  • the optoelectronic component can be surface-mounted.
  • the optoelectronic component comprises an optoelectronic semiconductor chip which is arranged on the main surface of the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chip is glued or soldered to the main surface of the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chip generates electromagnetic radiation during operation and/or the optoelectronic semiconductor chip is set up to detect electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip is, for example, an emitter and/or a detector.
  • the optoelectronic semiconductor chip in particular converts an electrical current into the electromagnetic radiation and/or converts electromagnetic radiation incident on the optoelectronic semiconductor chip into an electrical current.
  • the optoelectronic semiconductor chip emits and/or detects electromagnetic radiation in a spectral range between infrared and ultraviolet light.
  • the optoelectronic semiconductor chip preferably emits and/or detects electromagnetic radiation in a visible spectral range.
  • the optoelectronic semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode, a photodiode or a phototransistor.
  • the optoelectronic semiconductor chip has an epitaxial semiconductor layer stack with an active layer.
  • the active layer includes, for example, a pn junction that is used to convert the Electric current is set up in the electromagnetic radiation, or vice versa.
  • the optoelectronic component comprises a frame which laterally at least partially encloses the carrier.
  • the frame preferably completely encloses the carrier laterally.
  • “lateral” refers to directions parallel to the main surface of the carrier.
  • the frame is in direct contact with the carrier, at least in places.
  • the frame is designed, for example, to protect the optoelectronic semiconductor chip from external environmental influences.
  • the frame protects the optoelectronic semiconductor chip from mechanical forces, moisture and/or harmful substances, such as H2S, SO2, CI2, N0 x .
  • the frame can be set up to redirect electromagnetic radiation.
  • the frame in particular has an at least partially reflective material and/or an at least partially reflective layer for the electromagnetic radiation is applied to the surface of the frame.
  • the frame deflects electromagnetic radiation emitted in lateral directions by the optoelectronic semiconductor chip into a vertical direction.
  • vertical refers in particular to a direction perpendicular to the main surface of the carrier.
  • the frame in particular has a plastic, for example an epoxy, a silicone, a polyester, or a polyamide, or consists of one of these materials.
  • the frame preferably comprises a plastic that can be formed by compression molding, transfer molding, injection molding or other molding processes.
  • the main surface of the carrier has a metallic coating.
  • the metallic coating is, for example, a metallic layer or comprises several layers.
  • the metallic coating is preferably arranged directly on the carrier.
  • a thickness of the metallic coating is smaller than a thickness of the carrier.
  • the thickness of the metallic coating is at most 10% of the thickness of the carrier.
  • the thickness refers to a spatial extent of the metallic coating in a direction perpendicular to a surface of the carrier on which the metallic coating is applied.
  • the thickness of the metallic coating applied to the main surface of the carrier denotes a spatial extent of the metallic coating in the vertical direction.
  • the metallic coating in particular has a metal or consists of a metal.
  • the metallic coating has gold, silver, nickel, palladium, platinum and/or alloys of at least two of these metals, or consists of one of these materials.
  • the metallic coating covers, for example, at least 50% of the main surface of the carrier.
  • the metallic coating preferably completely covers the main surface of the carrier.
  • Surfaces of the carrier that are different from the main surface can at least partially be made of the metal Coating must be covered.
  • the back surface and/or side surfaces of the carrier have the metallic coating at least in places. Side surfaces refer in particular to surfaces of the carrier that connect the main surface with the back surface.
  • the metallic coating is designed in particular to increase the reflectivity of the optoelectronic component for electromagnetic radiation generated and/or detected during operation. By increasing the reflectivity, for example, less electromagnetic radiation is absorbed by the wearer. This improves the efficiency of the optoelectronic component in particular.
  • the metallic coating can be designed to electrically contact the optoelectronic semiconductor chip. For example, a bonding wire is soldered or welded onto the metallic coating, which establishes an electrical connection between the optoelectronic semiconductor chip and the electrical contact surface.
  • a region of the carrier that is in direct contact with the frame is free of the metallic coating in places.
  • the frame encloses side surfaces of the carrier.
  • the side surfaces enclosed by the frame are in particular at least partially free of the metallic coating and are in direct contact with the frame. This preferably improves adhesion and/or a mechanical connection between the frame and the carrier.
  • the optoelectronic component comprises:
  • the optoelectronic component described here is based in particular on the idea of improving the optical properties of the optoelectronic component through a partial metallic coating on the carrier and thereby achieving a high resistance of the optoelectronic component to corrosion.
  • the metallic coating increases in particular the reflectivity of the optoelectronic component for electromagnetic radiation generated during operation. This allows the ef fi ciency of the optoelectronic component to be improved.
  • the frame is at least in direct contact with the carrier. In other words, no metallic coating is arranged between the carrier and the frame at these points. In particular, the frame adheres better to the carrier and the optoelectronic component is therefore less susceptible to corrosion. For example, substances harmful to the optoelectronic semiconductor chip, such as moisture or H2S, can be present along the direct interface between the frame and the carrier penetrate less easily into the optoelectronic component than at an interface between the frame and the metallic coating.
  • the metallic coating is applied to parts of the main surface of the carrier, for example after the frame has been formed.
  • the area of the main surface of the carrier on which the frame is arranged does not have a metallic coating.
  • the edge is at least partially transparent to electromagnetic radiation. This means that the electromagnetic radiation is absorbed more strongly by the uncoated support beneath the frame. This leads, for example, to a disadvantageous loss of brightness of the optoelectronic component. For example, this causes the brightness of the optoelectronic component to decrease by approximately 1% to 2%.
  • a metallic coating on the main surface of the carrier may not be possible or may only be possible with difficulty after the frame has been formed.
  • the optoelectronic component is particularly compact and has such small structures that subsequent metallic coating in places is not possible or only possible with difficulty.
  • the carrier in conventional optoelectronic components, can be completely coated with the metallic coating, in particular before the frame is formed.
  • this can disadvantageously reduce the adhesion between the frame and the carrier.
  • the frame adheres better directly to the support than to the metallic coating.
  • the optoelectronic component has, in particular, reduced resistance to corrosion.
  • harmful substances such as moisture or H2S, can more easily penetrate the optoelectronic component at the interface between the frame and the metallic coating.
  • the carrier is advantageously only partially covered by the metallic coating.
  • the main surface of the carrier is completely covered by the metallic coating, while, for example, side surfaces of the carrier and/or recesses in the carrier, which are in direct contact with the frame, are free of the metallic coating.
  • This advantageously increases the reflectivity of the optoelectronic component, while the frame adheres better to the uncoated areas of the carrier.
  • the optoelectronic component described here therefore advantageously has better resistance to corrosion than an optoelectronic component with a completely metal-coated carrier.
  • a portion of the main surface of the carrier on which the frame is arranged is at least partially covered by the metallic coating.
  • the metallic coating is at least partially arranged on the main surface of the carrier between the carrier and the frame. In the case of an at least partially transparent frame, more electromagnetic radiation is reflected by the metallic coating and less electromagnetic radiation Radiation absorbed on the main surface of the carrier. This increases the efficiency of the optoelectronic component.
  • the metallic coating is additionally applied to a surface of the carrier opposite the main surface.
  • the back surface of the carrier is covered by the metallic coating.
  • the back surface is preferably completely covered by the metallic coating.
  • the carrier is completely coated with metal before the metallic coating is at least partially removed from parts of the surface of the carrier, which are in particular in direct contact with the frame.
  • the carrier comprises a first part and a second part spatially separated therefrom.
  • the first part and the second part are mechanically connected to one another via the frame.
  • the first part and the second part are preferably arranged next to one another in a plane of the main surface of the carrier.
  • the first part and the second part are set up, for example, to electrically contact the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip is a light-emitting diode or a photodiode, with a cathode electrically connected to the first part of the carrier and an anode electrically connected to the second part of the carrier, or vice versa. He can do this optoelectronic semiconductor chip may be applied to the first part and/or to the second part of the carrier.
  • the optoelectronic component can have a protective diode which is arranged on the first part of the carrier or on the second part of the carrier.
  • the protective diode is in particular electrically connected to the optoelectronic semiconductor chip in such a way that the optoelectronic semiconductor chip is protected, for example, from electrostatic discharges.
  • mutually facing side surfaces of the first part of the carrier and the second part of the carrier are free of the metallic coating.
  • the frame is therefore in direct contact with the carrier on the mutually facing side surfaces of the first part and the second part of the carrier.
  • no metallic coating is arranged between the carrier and the frame on the mutually facing side surfaces of the first part and the second part of the carrier. This advantageously improves a mechanical connection between the carrier and the frame.
  • the metallic coating has a thickness of between 100 nanometers and 10 micrometers inclusive.
  • the metallic coating has a thickness that is between 0.1% and 10% inclusive of the thickness of the carrier.
  • the thickness of the carrier refers in particular to an average distance between the main surface and the back surface of the carrier.
  • An adhesive layer can be arranged between the metallic coating and the carrier.
  • the adhesive layer is applied directly to the carrier and the metallic coating is applied directly to the adhesive layer.
  • the adhesive layer improves, for example, adhesion between the metallic coating and the carrier.
  • the adhesive layer can be designed to prevent or reduce migration of components of the carrier into the metallic coating, or vice versa.
  • the adhesive layer prevents copper from migrating from the carrier into the metallic coating.
  • the adhesive layer has a thickness between 1 nanometer and 100 nanometers inclusive.
  • the frame projects beyond the semiconductor chip in a direction perpendicular to the main surface of the carrier.
  • the frame projects beyond the semiconductor chip by at least 1 micrometer and/or by a maximum of 400 micrometers.
  • the frame protrudes beyond the semiconductor chip by 200 micrometers.
  • the frame projects beyond the optoelectronic semiconductor chip in such a way that a potting can be applied to the optoelectronic semiconductor chip, which covers the optoelectronic semiconductor chip on all sides that are not covered by the carrier.
  • the frame forms a cavity with the carrier and the optoelectronic semiconductor chip is arranged in the cavity.
  • the potting can, for example, protect the optoelectronic semiconductor chip from external ones Environmental influences, for example from moisture or from contact with harmful substances.
  • the potting can also have a phosphor for converting the electromagnetic radiation generated by the optoelectronic semiconductor chip during operation.
  • the carrier has a recess.
  • the recess is designed, for example, as a blind hole, trench or undercut.
  • the recess can be formed in the main surface, in the back surface and/or in a side surface of the carrier.
  • the recess can be formed in the first part and/or in the second part of the carrier.
  • the carrier can also have several recesses that are designed the same or different.
  • the recess is preferably arranged in a region of the carrier on which the frame is formed.
  • the frame in the recess is in direct contact with the carrier.
  • no metallic coating is applied within the recess.
  • the recess advantageously improves the mechanical connection between the carrier and the frame.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • the method is designed in particular for producing an optoelectronic component described here. All features of the optoelectronic component are also disclosed for the method for producing an optoelectronic component and vice versa.
  • a carrier with a main surface is first provided.
  • a metallic coating is applied to at least the main surface of the carrier.
  • the carrier is preferably completely coated with the metallic coating.
  • the metallic coating is preferably applied to the entire surface of the carrier.
  • the metallic coating is applied to the carrier by sputtering, vapor deposition, electroplating or other methods that are suitable for applying the metallic coating to the carrier.
  • an adhesive layer can be applied to the carrier before the metallic coating is applied.
  • the adhesive layer is designed in particular to improve adhesion between the metallic coating and the carrier.
  • the carrier is etched with the metallic coating applied thereon, so that after the etching the carrier is at least partially free of the metallic coating.
  • the etching can be carried out, for example, dry chemically, wet chemically or electrochemically.
  • areas of the carrier with the metallic coating applied thereon are half-etched or fully etched.
  • at least the metallic coating is removed in an area of the carrier to be etched with the metallic coating applied thereon.
  • both the metallic coating is preferably removed in the area to be etched and a recess is formed in the carrier.
  • the recess in the carrier is, for example, a blind hole, a trench or an undercut.
  • half etching is preferably carried out on opposite surfaces of the carrier with the metallic coating applied thereon, so that a breakthrough is created in the carrier.
  • the carrier has a through hole or is divided into two separate parts.
  • the depth of the recess formed in the carrier by etching is a third or a half of the thickness of the carrier.
  • the depth of the recess here denotes a maximum spatial extent of the recess in a direction perpendicular to a surface in which the recess is formed.
  • recesses or openings in the carrier can also be formed by other abrasive processes, for example by milling or by laser ablation.
  • the material of the metallic coating and/or the carrier is vaporized, in particular in places, by targeted irradiation with a laser beam and is thereby removed.
  • a frame is formed which at least supports the carrier laterally partially encloses.
  • the frame is formed, for example, by a compression molding process, an injection molding process or a molding process.
  • the frame is designed in such a way that it is in direct contact with the carrier, at least in places.
  • the frame is preferably in direct contact with the metallic coating on the main surface of the carrier.
  • a region of the frame is preferably formed within the recess in the carrier. In this way, a mechanical connection between the frame and the carrier is improved in particular.
  • an optoelectronic semiconductor chip is applied to the main surface of the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chip is mechanically fixed to the metallic coating on the main surface of the carrier with an adhesive and electrically contacted with the carrier via bonding wires.
  • the main surface of the carrier can also have electrical contact surfaces that are electrically connected to electrical connection contacts of the semiconductor chip on a side facing the carrier.
  • the electrical contact surfaces can be covered by the metallic coating.
  • the optoelectronic semiconductor chip is soldered onto the electrical contact surfaces or glued with an electrically conductive adhesive.
  • an area of the carrier that is in direct contact with the frame is free of the metallic coating in places.
  • the frame becomes like this designed so that it is in direct contact with etched areas of the coated carrier. This particularly improves adhesion between the frame and the carrier.
  • the method for producing an optoelectronic component comprises the following steps:
  • the metallic coating is applied to the carrier using a galvanic coating process.
  • the metallic coating is deposited electrochemically, in particular on the carrier.
  • a metallic support and a silver electrode are immersed in a bath containing, for example, a silver nitrate solution includes.
  • silver atoms for example, are released from the electrode, deposited on the surface of the carrier and form a metallic coating of silver.
  • an etching mask is applied to the metallic coating before etching.
  • the etching mask is printed onto the metallic coating or applied photolithographically.
  • the etching mask is printed or applied photolithographically onto the metallic coating before etching.
  • the etching mask is designed in particular to protect areas of the metallic coating and/or the carrier that are not to be etched from an etching agent.
  • the carrier with the metallic coating applied thereto is etched only at locations where no etching mask is applied.
  • the carrier is divided by the etching into a first part and a second part, which are spatially separated from one another. For example, a region of the main surface of the carrier with the metallic coating applied thereon is half-etched, so that a first trench is created in the main surface of the carrier. By further half-etching a corresponding area on the back surface of the carrier, a second trench is formed, for example, which connects to the first trench and thereby forms an opening in the carrier. Through the two With half etchings, the carrier is fully etched and divided into the first and second parts.
  • the etching forms a recess in a region of the carrier, where the carrier is in direct contact with the frame after the frame has been formed.
  • the etching forms a blind hole, a trench or an undercut in the main surface of the carrier, in the side surface of the carrier, and/or on the back surface of the carrier.
  • the frame is formed by a compression molding process, a transfer molding process or an injection molding process.
  • the compression molding, transfer molding or injection molding is carried out in such a way that the frame adheres to the carrier and to the metallic coating and at least partially encloses the carrier.
  • a large number of optoelectronic components are produced in a composite and the method includes a step for separating them into a large number of optoelectronic components.
  • the large number of optoelectronic components have a common support on which a frame element is formed by a compression molding process.
  • the carrier with the frame element applied to it is sawed, so that a large number of separate optoelectronic components are created.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component according to an exemplary embodiment.
  • Figure 2 shows a schematic top view of an optoelectronic component according to an exemplary embodiment.
  • Figure 3 shows a schematic bottom view of an optoelectronic component according to an exemplary embodiment.
  • Figures 4 to 7 show schematic sectional views of different stages of an optoelectronic component according to steps of a method for producing an optoelectronic component according to an exemplary embodiment.
  • the optoelectronic component 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 1 comprises a carrier 2 with a main surface 3 on which an optoelectronic semiconductor chip 4 is applied.
  • the carrier 2 has, for example, copper or consists of copper.
  • the carrier 2 comprises a first part 21 and a spatially separate second part 22, which are arranged next to each other in the lateral direction L in the plane of the main surface 3.
  • the main surface 3 of the carrier 2 and a rear surface 31 of the carrier 2 opposite the main surface 3 are completely covered by a metallic coating 6.
  • the metallic coating 6 is in particular a layer of silver or gold with a thickness of, for example, 2 pm.
  • the metallic coating 6 improves in particular the reflectivity of the optoelectronic component 1 for electromagnetic radiation that is emitted and/or detected by the optoelectronic semiconductor chip 4.
  • the carrier 2 is enclosed by a frame 5 in such a way that the frame 5 completely surrounds the optoelectronic semiconductor chip 4 laterally and projects beyond the optoelectronic semiconductor chip 4 in the vertical direction V. Furthermore, the frame 5 mechanically connects the first part 21 of the carrier 2 to the second part 22 of the carrier 2.
  • the frame 5 consists, for example, of an epoxy that is at least partially transparent to the electromagnetic radiation emitted and/or detected by the optoelectronic semiconductor chip 4.
  • the carrier 2 has recesses 9 in an area on which the frame 5 is formed.
  • the recesses 9 are designed as undercuts on side surfaces 7 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier 2 that face away from one another.
  • the carrier 2 can also have recesses 9 on the main surface 3 or the rear surface 31.
  • the Recesses 9 can also be designed as blind holes or trenches.
  • the recesses 9 are free of the metallic coating 6.
  • the frame 5 is therefore in direct contact with the carrier 2 in the recesses 9. This improves the adhesion between the carrier 2 and the frame 5 and the optoelectronic semiconductor chip 4 is better protected against corrosion.
  • the metallic coating 6 is arranged between the frame 5 and the carrier 2.
  • the metallic coating 6 thus advantageously also reflects part of the electromagnetic radiation that is transmitted through the frame 5.
  • the optoelectronic semiconductor chip 4 is a light-emitting diode which is arranged on the main surface 3 of the first part 21 of the carrier 2 .
  • the optoelectronic semiconductor chip 4 is glued to the metallic coating 6 on the main surface 3 of the carrier 2.
  • the optoelectronic component 1 has two bonding wires 10, via which the optoelectronic semiconductor chip 4 is electrically connected to the first part 21 of the carrier 2 and the second part 22 of the carrier 2.
  • the optoelectronic component 1 emits the electromagnetic radiation preferably in the vertical direction V.
  • the first part 21 of the carrier 2 and the second part 22 of the carrier 2 are set up for external electrical contacting of the optoelectronic component 1.
  • the back surfaces 31 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier are designed as electrical contact surfaces. This is via the electrical contact surfaces optoelectronic component 1 can advantageously be surface mounted.
  • Figure 2 shows a top view of the main surface 3 of the carrier 2 of the optoelectronic component 1 according to the exemplary embodiment described in connection with Figure 1.
  • the frame 5 completely surrounds the optoelectronic semiconductor chip 4. Furthermore, the frame 5 is arranged between the first part 21 of the carrier 2 and the second part 22 of the carrier 2 and connects them mechanically.
  • Figure 3 shows a top view of a rear surface 31 of the carrier 2 of an optoelectronic component 1 according to the exemplary embodiment described in connection with Figure 1.
  • the first part 21 of the carrier 2 and the second part 22 of the carrier 2 with the metallic coating 6 applied thereon (not shown here) on the back surface 31 are at least partially not covered by the frame 5 and form electrical contact surfaces for external electrical contacting of the optoelectronic component 1.
  • Recesses 9 on side surfaces 7 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier 2 are designed in particular as undercuts which are filled with the material of the frame 5. This improves the adhesion between the frame 5 and the carrier 2 .
  • FIG. 4 shows a stage of an optoelectronic component after a step according to an exemplary embodiment of the method, in which a carrier 2 with a main surface 3 was provided.
  • the carrier 2 consists in particular of copper.
  • FIG. 5 shows a stage of an optoelectronic component after a further step according to an exemplary embodiment of the method, in which a metallic coating 6 was applied to the carrier 2.
  • the metallic coating 6 has silver or gold and was applied to the carrier 2 using a galvanic deposition process.
  • the metallic coating 6 completely covers the surface of the carrier 2.
  • the metallic coating 6 has a thickness D between 100 nanometers and 10 micrometers.
  • FIG. 6 shows a stage of an optoelectronic component after a further step according to an exemplary embodiment of the method, in which an etching mask 8 was applied to areas of the metallic coating 6.
  • the etching mask 8 protects in particular underlying areas of the metallic coating 6 and the carrier 2 from an etching agent with which the carrier 2 and the metallic coating 6 applied thereto are treated in a subsequent process step.
  • the etching mask 8 is applied in particular using a photolithographic process.
  • FIG. 7 shows a stage of an optoelectronic component after a further step according to an exemplary embodiment of the method, in which the carrier 2 with the metallic coating 6 applied thereon and the etching mask 8 applied thereon were wet-chemically etched.
  • FIG. 7 shows a stage of the optoelectronic component after the etching mask 8 has already been removed.
  • the etching creates, in particular, recesses 9 in the carrier
  • the opening is designed in such a way that mutually facing side surfaces 7 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier 2 each have an undercut.
  • a lateral extent of the undercuts increases with increasing distance from the main surface 3.
  • Further recesses 9 are formed as undercuts on side surfaces 7 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier 2 facing away from one another.
  • the undercuts in particular improve adhesion between the carrier 2 and a frame 5, which is formed in a subsequent process step.
  • the etched side surfaces 7 of the first part 21 and the second part 22 of the carrier 2 are free of the metallic coating 6.
  • the frame 5 formed in the subsequent process step is therefore in direct contact with the carrier 2 in the recesses 9. This improves the mechanical connection between the frame 5 and the carrier 2 .
  • the semiconductor chip 4 is applied to the main surface 3 of the carrier 2 and electrically contacted with the first part 21 and the second part 22 of the carrier (not shown here).

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil (1) angegeben, umfassend: - einen Träger (2) mit einer Hauptfläche (3), - einen optoelektronischen Halbleiterchip (4), der auf der Hauptfläche (3) des Trägers (2) angeordnet ist, - einen Rahmen (5), der den Träger (2) lateral zumindest teilweise umschließt, wobei - zumindest die Hauptfläche (3) des Trägers (2) eine metallische Beschichtung (6) aufweist, und - ein Bereich des Trägers (2), der in direktem Kontakt mit dem Rahmen (5) steht, stellenweise frei von der metallischen Beschichtung (6) ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUTEILS
Es werden ein optoelektronisches Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben .
Eine Aufgabe von zumindest bestimmten Aus führungs formen ist es , ein optoelektronisches Bauteil mit verbesserten mechanischen, chemischen, optischen und/oder elektrooptischen Eigenschaften, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauteils anzugeben .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger mit einer Hauptfläche . Insbesondere stabilisiert der Träger das optoelektronische Bauteil mechanisch . Des Weiteren ist der Träger zum Beispiel zur Ableitung von im Betrieb erzeugter Wärme des optoelektronischen Bauteils eingerichtet . Der Träger weist insbesondere eine Keramik oder ein Metall auf , beispielsweise Kupfer oder Aluminium, oder besteht aus einem dieser Materialien .
Der Träger weist bevorzugt elektrische Kontakt flächen zur externen elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauteils auf . Die elektrischen Kontakt flächen sind beispielsweise auf einer Rückseitenfläche des Trägers angeordnet . Hier und im Folgenden bezeichnet die Rückseitenfläche eine der Hauptfläche gegenüberliegende Fläche des Trägers . Die elektrischen Kontakt flächen können zusätzlich zu einer externen mechanischen Befestigung des optoelektronischen Bauteils eingerichtet sein . Insbesondere ist das optoelektronische Bauteil oberflächenmontierbar .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip, der auf der Hauptfläche des Trägers angeordnet ist . Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip auf der Hauptfläche des Trägers aufgeklebt oder auf gelötet . Insbesondere erzeugt der optoelektronische Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung und/oder der optoelektronische Halbleiterchip ist zur Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . In anderen Worten ist der optoelektronische Halbleiterchip beispielsweise ein Emitter und/oder ein Detektor .
Der optoelektronische Halbleiterchip wandelt insbesondere einen elektrischen Strom in die elektromagnetische Strahlung um und/oder wandelt auf den optoelektronischen Halbleiterchip einfallende elektromagnetische Strahlung in einen elektrischen Strom um . Beispielsweise emittiert und/oder detektiert der optoelektronische Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen infrarotem und ultraviolettem Licht . Bevorzugt emittiert und/oder detektiert der optoelektronische Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung in einem sichtbaren Spektralbereich .
Der optoelektronische Halbleiterchip ist beispielsweise eine lichtemittierende Diode , eine Fotodiode oder ein Fototransistor . Insbesondere weist der optoelektronische Halbleiterchip einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Schicht auf . Die aktive Schicht umfasst beispielsweise einen pn-Übergang, der zur Umwandlung des elektrischen Stroms in die elektromagnetische Strahlung eingerichtet ist , oder umgekehrt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauteil einen Rahmen, der den Träger lateral zumindest teilweise umschließt . Bevorzugt umschließt der Rahmen den Träger lateral vollständig . Hier und im Folgenden bezeichnet „lateral" Richtungen parallel zur Hauptfläche des Trägers . Insbesondere steht der Rahmen zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem Träger .
Der Rahmen ist beispielsweise zu einem Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips vor externen Umgebungseinflüssen eingerichtet . Zum Beispiel schützt der Rahmen den optoelektronischen Halbleiterchip vor mechanischen Krafteinwirkungen, Feuchtigkeit und/oder schädlichen Substanzen, wie beispielsweise H2S , SO2 , CI2 , N0x .
Des Weiteren kann der Rahmen dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung umzulenken . Dazu weist der Rahmen insbesondere ein zumindest teilweise reflektierendes Material auf und/oder auf der Oberfläche des Rahmens ist eine zumindest teilweise reflektierende Schicht für die elektromagnetische Strahlung aufgebracht . Beispielsweise lenkt der Rahmen vom optoelektronischen Halbleiterchip in laterale Richtungen emittierte elektromagnetische Strahlung in eine vertikale Richtung um . Hier und im Folgenden bezeichnet „vertikal" insbesondere eine Richtung senkrecht zur Hauptfläche des Trägers .
Der Rahmen weist insbesondere einen Kunststof f auf , beispielsweise ein Epoxid, ein Silikon, ein Polyester, oder ein Polyamid, oder besteht aus einem dieser Materialien . Bevorzugt umfasst der Rahmen einen Kunststof f , der durch ein Formpressen, ein Spritzpressen, ein Spritzgießen oder sonstige Formungsverfahren geformt werden kann .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils weist zumindest die Hauptfläche des Trägers eine metallische Beschichtung auf . Die metallische Beschichtung ist beispielsweise eine metallische Schicht oder umfasst mehrere Schichten . Die metallische Beschichtung ist bevorzugt direkt auf dem Träger angeordnet . Insbesondere ist eine Dicke der metallischen Beschichtung kleiner als eine Dicke des Trägers . Beispielsweise beträgt die Dicke der metallischen Beschichtung höchstens 10 % der Dicke des Trägers . Hier und im Folgenden bezeichnet die Dicke eine räumliche Ausdehnung der metallischen Beschichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Fläche des Trägers , auf der die metallische Beschichtung aufgebracht ist . Beispielsweise bezeichnet die Dicke der auf der Hauptfläche des Trägers aufgebrachten metallischen Beschichtung eine räumliche Ausdehnung der metallischen Beschichtung in vertikaler Richtung .
Die metallische Beschichtung weist insbesondere ein Metall auf oder besteht aus einem Metall . Beispielsweise weist die metallische Beschichtung Gold, Silber, Nickel , Palladium, Platin und/oder Legierungen aus zumindest zwei dieser Metalle auf , oder besteht aus einem dieser Materialien .
Die metallische Beschichtung bedeckt beispielsweise zumindest 50 % der Hauptfläche des Trägers . Bevorzugt bedeckt die metallische Beschichtung die Hauptfläche des Trägers vollständig . Von der Hauptfläche verschiedene Flächen des Trägers können zumindest teilweise von der metallischen Beschichtung bedeckt sein . Beispielsweise weisen die Rückseitenfläche und/oder Seitenflächen des Trägers zumindest stellenweise die metallische Beschichtung auf . Dabei bezeichnen Seitenflächen insbesondere Flächen des Trägers , die die Hauptfläche mit der Rückseitenfläche verbinden .
Die metallische Beschichtung ist insbesondere zu einer Erhöhung einer Ref lektivität des optoelektronischen Bauteils für im Betrieb erzeugte und/oder detektierte elektromagnetische Strahlung eingerichtet . Durch die Erhöhung der Ref lektivität wird beispielsweise weniger elektromagnetische Strahlung vom Träger absorbiert . Dadurch wird insbesondere eine Ef fi zienz des optoelektronischen Bauteils verbessert . Des Weiteren kann die metallische Beschichtung zu einer elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet sein . Beispielsweise ist ein Bonddraht auf der metallischen Beschichtung aufgelötet oder auf geschweißt , der eine elektrische Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der elektrischen Kontakt fläche herstellt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils ist ein Bereich des Trägers , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen steht , stellenweise frei von der metallischen Beschichtung . Beispielsweise umschließt der Rahmen Seitenflächen des Trägers . Dabei sind die vom Rahmen umschlossenen Seitenflächen insbesondere zumindest teilweise frei von der metallischen Beschichtung und in direktem Kontakt mit dem Rahmen . Dadurch wird bevorzugt eine Haftung und/oder eine mechanische Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Träger verbessert . Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauteil :
- einen Träger mit einer Hauptfläche ,
- einen optoelektronischen Halbleiterchip, der auf der Hauptfläche des Trägers angeordnet ist ,
- einen Rahmen, der den Träger lateral zumindest teilweise umschließt , wobei
- zumindest die Hauptfläche des Trägers eine metallische Beschichtung aufweist , und
- ein Bereich des Trägers , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen steht , stellenweise frei von der metallischen Beschichtung ist .
Dem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil liegt insbesondere die Idee zugrunde , durch eine teilweise metallische Beschichtung auf dem Träger optische Eigenschaften des optoelektronischen Bauteils zu verbessern und dabei eine hohe Widerstands fähigkeit des optoelektronischen Bauteils gegenüber Korrosion zu erzielen .
Durch die metallische Beschichtung erhöht sich insbesondere die Ref lektivität des optoelektronischen Bauteils für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung . Dadurch kann die Ef fi zienz des optoelektronischen Bauteils verbessert werden . Des Weiteren ist der Rahmen zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem Träger . In anderen Worten ist an diesen Stellen keine metallische Beschichtung zwischen dem Träger und dem Rahmen angeordnet . Insbesondere haftet dadurch der Rahmen besser am Träger und das optoelektronische Bauteil ist somit weniger anfällig gegenüber Korrosion . Beispielsweise können für den optoelektronischen Halbleiterchip schädliche Substanzen, wie zum Beispiel Feuchtigkeit oder H2S , entlang der direkten Grenz fläche zwischen dem Rahmen und dem Träger weniger leicht in das optoelektronische Bauteil eindringen als an einer Grenz fläche zwischen dem Rahmen und der metallischen Beschichtung .
In herkömmlichen optoelektronischen Bauteilen wird die metallische Beschichtung beispielsweise nach einem Aus formen des Rahmens auf Teile der Hauptfläche des Trägers aufgebracht . In diesem Fall weist der Bereich der Hauptfläche des Trägers , auf dem der Rahmen angeordnet ist , keine metallische Beschichtung auf . Der Rahmen ist beispielsweise am Rand zumindest teilweise transparent für elektromagnetische Strahlung . Somit wird die elektromagnetische Strahlung vom unbeschichteten Träger unterhalb des Rahmens stärker absorbiert . Dies führt beispielsweise zu einem nachteiligen Helligkeitsverlust des optoelektronischen Bauteils . Zum Beispiel nimmt dadurch die Helligkeit des optoelektronischen Bauteils um ungefähr 1 % bis 2 % ab .
Des Weiteren kann eine metallische Beschichtung an der Hauptfläche des Trägers nach dem Ausbilden des Rahmens nicht oder nur schwer möglich sein . Beispielsweise ist das optoelektronische Bauteil besonders kompakt und weist derart kleine Strukturen auf , dass eine stellenweise nachträgliche metallische Beschichtung nicht oder nur schwer möglich ist .
Alternativ kann in herkömmlichen optoelektronischen Bauteilen der Träger vollständig mit der metallischen Beschichtung beschichtet werden, insbesondere bevor der Rahmen ausgebildet wird . Dadurch kann sich j edoch die Haftung zwischen dem Rahmen und dem Träger nachteilig verringern . Beispielsweise haftet der Rahmen direkt auf dem Träger besser als auf der metallischen Beschichtung . Wird der Rahmen insbesondere nur direkt auf der metallischen Beschichtung aufgebracht , so weist das optoelektronische Bauteil insbesondere einen verringerten Widerstand gegenüber Korrosion auf . Zum Beispiel können schädliche Substanzen, beispielsweise Feuchtigkeit oder H2S , an der Grenz fläche zwischen dem Rahmen und der metallischen Beschichtung leichter in das optoelektronische Bauteil eindringen .
In dem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil ist der Träger vorteilhaft nur teilweise von der metallischen Beschichtung bedeckt . Bevorzugt ist die Hauptfläche des Trägers vollständig von der metallischen Beschichtung bedeckt , während beispielsweise Seitenflächen des Trägers und/oder Ausnehmungen im Träger, die in direktem Kontakt mit dem Rahmen stehen, frei von der metallischen Beschichtung sind . Dadurch wird vorteilhaft die Ref lektivität des optoelektronischen Bauteils erhöht , während der Rahmen besser an den unbeschichteten Bereichen des Trägers haftet . Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil weist somit vorteilhaft einen besseren Widerstand gegenüber Korrosion auf , als ein optoelektronisches Bauteil mit einem vollständig metallisch beschichteten Träger .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils ist ein Teilbereich der Hauptfläche des Trägers , auf dem der Rahmen angeordnet ist , zumindest teilweise von der metallischen Beschichtung bedeckt . Insbesondere ist auf der Hauptfläche des Trägers zwischen dem Träger und dem Rahmen zumindest teilweise die metallische Beschichtung angeordnet . Im Falle eines zumindest teilweise transparenten Rahmens wird dadurch mehr elektromagnetische Strahlung von der metallischen Beschichtung reflektiert und weniger elektromagnetische Strahlung an der Hauptfläche des Trägers absorbiert . Somit erhöht sich die Ef fi zienz des optoelektronischen Bauteils .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils ist die metallische Beschichtung zusätzlich auf einer der Hauptfläche gegenüberliegenden Fläche des Trägers aufgebracht . In anderen Worten ist die Rückseitenfläche des Trägers von der metallischen Beschichtung bedeckt . Bevorzugt ist die Rückseitenfläche vollständig von der metallischen Beschichtung bedeckt . Beispielsweise wird der Träger vollständig metallisch beschichtet , bevor die metallische Beschichtung an Teilen der Oberfläche des Trägers , die insbesondere in direktem Kontakt mit dem Rahmen stehen, zumindest teilweise entfernt wird .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils umfasst der Träger einen ersten Teil und einen davon räumlich getrennten zweiten Teil . Der erste Teil und der zweite Teil sind über den Rahmen mechanisch miteinander verbunden . Insbesondere besteht keine direkte elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil . Der erste Teil und der zweite Teil sind bevorzugt nebeneinander in einer Ebene der Hauptfläche des Trägers angeordnet .
Der erste Teil und der zweite Teil sind beispielsweise zu einer elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet . Zum Beispiel ist der optoelektronische Halbleiterchip eine lichtemittierende Diode oder eine Fotodiode , wobei eine Kathode mit dem ersten Teil des Trägers und eine Anode mit dem zweiten Teil des Trägers elektrisch verbunden ist , oder umgekehrt . Dabei kann der optoelektronische Halbleiterchip auf dem ersten Teil und/oder auf dem zweiten Teil des Trägers aufgebracht sein .
Des Weiteren kann das optoelektronische Bauteil eine Schutzdiode aufweisen, die auf dem ersten Teil des Trägers oder auf dem zweiten Teil des Trägers angeordnet ist . Die Schutzdiode ist insbesondere derart mit dem optoelektronischen Halbleiterchip elektrisch verschalten, dass der optoelektronische Halbleiterchip beispielsweise vor elektrostatischen Entladungen geschützt ist .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils sind einander zugewandte Seitenflächen des ersten Teils des Trägers und des zweiten Teils des Trägers frei von der metallischen Beschichtung . Somit steht der Rahmen an den einander zugewandten Seitenflächen des ersten Teils und des zweiten Teils des Trägers insbesondere in direktem Kontakt mit dem Träger . In anderen Worten ist an den einander zugewandten Seitenflächen des ersten Teils und des zweiten Teils des Trägers keine metallische Beschichtung zwischen dem Träger und dem Rahmen angeordnet . Dadurch wird vorteilhaft eine mechanische Verbindung zwischen dem Träger und dem Rahmen verbessert .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils weist die metallische Beschichtung eine Dicke zwischen einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 10 Mikrometer auf . Beispielsweise weist die metallische Beschichtung eine Dicke auf , die zwischen einschließlich 0 , 1 % und einschließlich 10 % der Dicke des Trägers liegt . Dabei bezeichnet die Dicke des Trägers insbesondere einen mittleren Abstand zwischen der Hauptfläche und der Rückseitenfläche des Trägers . Zwischen der metallischen Beschichtung und dem Träger kann eine Haftschicht angeordnet sein . Beispielsweise ist die Haftschicht direkt auf dem Träger aufgebracht und die metallische Beschichtung ist direkt auf der Haftschicht aufgebracht . Die Haftschicht verbessert beispielsweise eine Haftung zwischen der metallischen Beschichtung und dem Träger . Des Weiteren kann die Haftschicht zur Verhinderung oder Reduzierung einer Migration von Bestandteilen des Trägers in die metallische Beschichtung eingerichtet sein, oder umgekehrt . Beispielsweise verhindert die Haftschicht eine Migration von Kupfer vom Träger in die metallische Beschichtung . Zum Beispiel weist die Haftschicht eine Dicke zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils überragt der Rahmen den Halbleiterchip in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche des Trägers . Beispielsweise überragt der Rahmen den Halbleiterchip um zumindest 1 Mikrometer und/oder um höchstens 400 Mikrometer . Zum Beispiel überragt der Rahmen den Halbleiterchip um 200 Mikrometer . Insbesondere überragt der Rahmen den optoelektronischen Halbleiterchip derart , dass auf dem optoelektronischen Halbleiterchip ein Verguss aufgebracht werden kann, der den optoelektronischen Halbleiterchip auf allen Seiten bedeckt , die nicht vom Träger bedeckt sind . Zum Beispiel bildet der Rahmen mit dem Träger eine Kavität und der optoelektronische Halbleiterchip ist in der Kavität angeordnet .
Der Verguss kann zum Beispiel zu einem Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips vor externen Umwelteinflüssen, beispielsweise vor Feuchtigkeit oder vor einem Kontakt mit schädlichen Substanzen eingerichtet sein . Der Verguss kann auch einen Leuchtstof f zur Konversion der vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufweisen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Bauteils weist der Träger eine Ausnehmung auf . Die Ausnehmung ist beispielsweise als Sackloch, Graben oder Hinterschneidung ausgebildet . Die Ausnehmung kann in der Hauptfläche , in der Rückseitenfläche und/oder in einer Seitenfläche des Trägers ausgebildet sein . Insbesondere kann die Ausnehmung im ersten Teil und/oder im zweiten Teil des Trägers ausgebildet sein .
Der Träger kann auch mehrere Ausnehmungen aufweisen, die gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind . Bevorzugt ist die Ausnehmung in einem Bereich des Trägers angeordnet , auf dem der Rahmen ausgebildet ist . Insbesondere steht der Rahmen in der Ausnehmung in direktem Kontakt mit dem Träger . In anderen Worten ist innerhalb der Ausnehmung bevorzugt keine metallische Beschichtung aufgebracht . Durch die Ausnehmung wird vorteilhaft die mechanische Verbindung zwischen dem Träger und dem Rahmen verbessert .
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben . Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils eingerichtet . Alle Merkmale des optoelektronischen Bauteils sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils of fenbart und umgekehrt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils wird zunächst Träger mit einer Hauptfläche bereitgestellt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird eine metallische Beschichtung auf zumindest die Hauptfläche des Trägers aufgebracht . Bevorzugt wird der Träger vollständig mit der metallischen Beschichtung beschichtet . In anderen Worten wird die metallische Beschichtung bevorzugt auf die gesamte Oberfläche des Trägers aufgebracht . Beispielsweise erfolgt das Aufbringen der metallischen Beschichtung auf den Träger durch Sputtern, Gasphasenabscheidung, Galvanisieren oder durch sonstige Verfahren die zum Aufbringen der metallischen Beschichtung auf den Träger geeignet sind .
Des Weiteren kann vor dem Aufbringen der metallischen Beschichtung eine Haftschicht auf den Träger aufgebracht werden . Die Haftschicht ist insbesondere zur Verbesserung einer Haftung zwischen der metallischen Beschichtung und dem Träger eingerichtet .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens erfolgt ein Ätzen des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung, so dass der Träger nach dem Ätzen zumindest stellenweise frei von der metallischen Beschichtung ist . Das Ätzen kann beispielsweise trockenchemisch, nasschemisch oder elektrochemisch erfolgen . Insbesondere werden beim Ätzen Bereiche des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung halb geätzt oder voll geätzt . Beim Halbätzen wird in einem zu ätzenden Bereich des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung zumindest die metallische Beschichtung entfernt . Bevorzugt wird beim Halbätzen in dem zu ätzenden Bereich sowohl die metallische Beschichtung entfernt , als auch eine Ausnehmung im Träger ausgebildet . Die Ausnehmung im Träger ist beispielsweise ein Sackloch, ein Graben oder eine Hinterschneidung . Bei der Vollätzung erfolgt bevorzugt j eweils eine Halbätzung auf gegenüberliegenden Oberflächen des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung, so dass ein Durchbruch im Träger entsteht . Insbesondere weist der Träger nach der Vollätzung ein durchgehendes Loch auf oder wird in zwei voneinander getrennte Teile zerteilt .
Eine Tiefe der Ausnehmung, die durch das Ätzen im Träger ausgebildet wird, ist dabei nicht beschränkt . Beispielsweise beträgt die Tiefe der Ausnehmung ein Drittel oder eine Häl fte der Dicke des Trägers . Die Tiefe der Ausnehmung bezeichnet hier eine maximale räumliche Ausdehnung der Ausnehmung in einer Richtung senkrecht zu einer Fläche , in der die Ausnehmung ausgebildet wird .
Anstatt des Ätzens können Ausnehmungen oder Durchbrüche im Träger auch durch andere abrasive Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Fräsen oder durch Laserablation . Bei der Laserablation wird das Material der metallischen Beschichtung und/oder des Trägers durch gezielte Bestrahlung mit einem Laserstrahl insbesondere stellenweise verdampft und dadurch abgetragen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird ein Rahmen ausgebildet , der den Träger lateral zumindest teilweise umschließt . Der Rahmen wird beispielsweise durch ein Formpressverfahren, ein Spritzgussverfahren oder ein Formgießverfahren ausgebildet . Insbesondere wird der Rahmen derart ausgebildet , dass er zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem Träger steht . Bevorzugt steht der Rahmen in direktem Kontakt mit der metallischen Beschichtung auf der Hauptfläche des Trägers . Des Weiteren wird bevorzugt ein Bereich des Rahmens innerhalb der Ausnehmung im Träger ausgebildet . Somit wird insbesondere eine mechanische Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Träger verbessert .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird ein optoelektronischer Halbleiterchip auf die Hauptfläche des Trägers aufgebracht . Beispielsweise wird der optoelektronische Halbleiterchip auf der metallischen Beschichtung auf der Hauptfläche des Trägers mit einem Kleber mechanisch fixiert und über Bonddrähte elektrisch mit dem Träger kontaktiert . Die Hauptfläche des Trägers kann auch elektrische Kontakt flächen aufweisen, die mit elektrischen Anschlusskontakten des Halbleiterchips auf einer dem Träger zugewandten Seite elektrisch verbunden sind . Dabei können die elektrischen Kontakt flächen von der metallischen Beschichtung bedeckt sein . Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip auf die elektrischen Kontakt flächen aufgelötet oder mit einem elektrisch leitfähigen Kleber auf geklebt .
Somit sind insbesondere keine Bonddrähte zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips notwendig .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens ist ein Bereich des Trägers , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen steht , stellenweise frei von der metallischen Beschichtung . Insbesondere wird der Rahmen derart ausgebildet , dass er in direktem Kontakt mit geätzten Bereichen des beschichteten Trägers steht . Dadurch wird insbesondere eine Haftung zwischen dem Rahmen und dem Träger verbessert .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils folgende Schritte :
- Bereitstellen eines Trägers mit einer Hauptfläche ,
- Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf zumindest die Hauptfläche des Trägers ,
- Ätzen des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung, so dass der Träger nach dem Ätzen zumindest stellenweise frei von der metallischen Beschichtung ist ,
- Ausbilden eines Rahmens , der den Träger lateral zumindest teilweise umschließt , und
- Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterchips auf die Hauptfläche des Trägers , wobei
- ein Bereich des Trägers , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen steht , stellenweise frei von der metallischen Beschichtung ist .
Bevorzugt werden die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils in der oben angegebenen Reihenfolge durchgeführt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird die metallische Beschichtung mit einem galvanischen Beschichtungsverfahren auf den Träger aufgebracht . Dabei wird die metallische Beschichtung insbesondere auf dem Träger elektrochemisch abgeschieden . Beispielsweise werden ein metallischer Träger sowie eine Silberelektrode in ein Bad eingetaucht , das zum Beispiel eine Silbernitratlösung umfasst . Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Silberelektrode und dem Träger lösen sich beispielsweise Silberatome aus der Elektrode , lagern sich auf der Oberfläche des Trägers ab und bilden eine metallische Beschichtung aus Silber .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird vor dem Ätzen eine Ätzmaske auf die metallische Beschichtung aufgebracht . Beispielsweise wird die Ätzmaske auf die metallische Beschichtung gedruckt oder fotolithografisch aufgebracht .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird vor dem Ätzen die Ätzmaske auf die metallische Beschichtung gedruckt oder fotolithografisch aufgebracht . Die Ätzmaske ist insbesondere dazu eingerichtet , Bereiche der metallischen Beschichtung und/oder des Trägers , die nicht geätzt werden sollen, vor einem Ätzmittel zu schützen . Insbesondere wird der Träger mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung nur an Stellen geätzt , auf denen keine Ätzmaske aufgebracht ist .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird der Träger durch das Ätzen in einen ersten Teil und in einen zweiten Teil zerteilt , die räumlich voneinander getrennt sind . Beispielsweise wird ein Bereich der Hauptfläche des Trägers mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung halb geätzt , so dass ein erster Graben in der Hauptfläche des Trägers entsteht . Durch ein weiteres Halbätzen eines entsprechenden Bereichs auf der Rückseitenfläche des Trägers wird beispielsweise ein zweiter Graben ausgebildet , der sich mit dem ersten Graben verbindet und dadurch einen Durchbruch im Träger bildet . Durch die zwei Halbätzungen wird der Träger somit voll geätzt und in den ersten und zweiten Teil zerteilt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird durch das Ätzen eine Ausnehmung in einem Bereich des Trägers gebildet , wo der Träger nach dem Ausbilden des Rahmens in direktem Kontakt mit dem Rahmen steht . Beispielsweise wird durch das Ätzen ein Sackloch, ein Graben oder eine Hinterschneidung in der Hauptfläche des Trägers , in der Seitenfläche des Trägers , und/oder auf der Rückseitenfläche des Trägers ausgebildet .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird der Rahmen durch ein Formpressverfahren, ein Spritzpressverfahren oder ein Spritzgussverfahren ausgebildet . Insbesondere erfolgt das Formpressen, Spritzpressen oder Spritzgießen derart , dass der Rahmen auf dem Träger und auf der metallischen Beschichtung haftet und den Träger zumindest teilweise umschließt .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird eine Viel zahl von optoelektronischen Bauteilen im Verbund hergestellt und das Verfahren umfasst einen Schritt zur Vereinzelung in eine Viel zahl optoelektronischer Bauteile . Zum Beispiel weist die Viel zahl optoelektronischer Bauteile am Beginn des Verfahrens einen gemeinsamen Träger auf , auf dem ein Rahmenelement durch ein Formpressverfahren ausgebildet wird . Beim Vereinzeln wird beispielsweise der Träger mit dem darauf aufgebrachten Rahmenelement zersägt , so dass eine Viel zahl voneinander getrennter optoelektronischer Bauteile entsteht . Weitere vorteilhafte Aus führungs form und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauteils sowie des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 3 zeigt eine schematische Unteransicht eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Die Figuren 4 bis 7 zeigen schematische Schnittdarstellungen von verschiedenen Stadien eines optoelektronischen Bauteils nach Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente , insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Das optoelektronische Bauteil 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 1 umfasst einen Träger 2 mit einer Hauptfläche 3 , auf der ein optoelektronischer Halbleiterchip 4 aufgebracht ist . Der Träger 2 weist beispielsweise Kupfer auf oder besteht aus Kupfer . Der Träger 2 umfasst einen ersten Teil 21 und einen davon räumlich getrennten zweiten Teil 22 , die in lateraler Richtung L nebeneinander in der Ebene der Hauptfläche 3 angeordnet sind .
Die Hauptfläche 3 des Trägers 2 sowie eine der Hauptfläche 3 gegenüberliegende Rückseitenfläche 31 des Trägers 2 sind vollständig von einer metallischen Beschichtung 6 bedeckt . Die metallische Beschichtung 6 ist insbesondere eine Schicht aus Silber oder Gold mit einer Dicke von beispielsweise 2 pm . Die metallische Beschichtung 6 verbessert insbesondere die Ref lektivität des optoelektronischen Bauteils 1 für elektromagnetische Strahlung, die vom optoelektronischen Halbleiterchip 4 emittiert und/oder detektiert wird .
Der Träger 2 wird von einem Rahmen 5 derart umschlossen, dass der Rahmen 5 den optoelektronischen Halbleiterchip 4 lateral vollständig umgibt und den optoelektronischen Halbleiterchip 4 in vertikaler Richtung V überragt . Des Weiteren verbindet der Rahmen 5 den ersten Teil 21 des Trägers 2 mit dem zweiten Teil 22 des Trägers 2 mechanisch . Der Rahmen 5 besteht beispielsweise aus einem Epoxid, das zumindest teilweise transparent für die vom optoelektronischen Halbleiterchip 4 emittierte und/oder detektierte elektromagnetische Strahlung ist .
Um eine Haftung zwischen dem Rahmen 5 und dem Träger 2 zu verbessern, weist der Träger 2 Ausnehmungen 9 in einem Bereich auf , auf dem der Rahmen 5 ausgebildet ist . Hier sind die Ausnehmungen 9 als Hinterschneidungen an voneinander abgewandten Seitenflächen 7 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers 2 ausgebildet . Alternativ oder zusätzlich kann der Träger 2 auch Ausnehmungen 9 auf der Hauptfläche 3 oder der Rückseitenfläche 31 aufweisen . Die Ausnehmungen 9 können dabei auch als Sacklöcher oder Gräben ausgebildet sein . Die Ausnehmungen 9 sind frei von der metallischen Beschichtung 6 . Der Rahmen 5 ist in den Ausnehmungen 9 somit in direktem Kontakt mit dem Träger 2 . Dadurch wird die Haftung zwischen dem Träger 2 und dem Rahmen 5 verbessert und der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist besser vor Korrosion geschützt .
Auf der Hauptfläche 3 des Trägers 2 ist die metallische Beschichtung 6 zwischen dem Rahmen 5 und dem Träger 2 angeordnet . Somit reflektiert die metallische Beschichtung 6 vorteilhaft auch einen Teil der elektromagnetischen Strahlung, der durch den Rahmen 5 transmittiert wird .
Der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist eine lichtemittierende Diode , die auf der Hauptfläche 3 des ersten Teils 21 des Trägers 2 angeordnet ist . Der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist auf der metallischen Beschichtung 6 auf der Hauptfläche 3 des Trägers 2 auf geklebt . Des Weiteren weist das optoelektronische Bauteil 1 zwei Bonddrähte 10 auf , über die der optoelektronische Halbleiterchip 4 mit dem ersten Teil 21 des Trägers 2 und dem zweiten Teil 22 des Trägers 2 elektrisch verbunden ist . Das optoelektronische Bauteil 1 emittiert die elektromagnetische Strahlung bevorzugt in vertikaler Richtung V .
Der erste Teil 21 des Trägers 2 und der zweite Teil 22 des Trägers 2 sind zu einer externen elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauteils 1 eingerichtet . Dazu sind die Rückseitenflächen 31 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers als elektrische Kontakt flächen ausgebildet . Über die elektrischen Kontakt flächen ist das optoelektronische Bauteil 1 vorteilhaft oberflächenmontierbar .
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Hauptfläche 3 des Trägers 2 des optoelektronischen Bauteils 1 gemäß dem in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Aus führungsbeispiel . Der Rahmen 5 umgibt dabei den optoelektronischen Halbleiterchip 4 vollständig . Des Weiteren ist der Rahmen 5 zwischen dem ersten Teil 21 des Trägers 2 und dem zweiten Teil 22 des Trägers 2 angeordnet und verbindet diese mechanisch .
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Rückseitenfläche 31 des Trägers 2 eines optoelektronischen Bauteils 1 gemäß dem in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Aus führungsbeispiel . Dabei sind der erste Teil 21 des Trägers 2 und der zweite Teil 22 des Trägers 2 mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung 6 (hier nicht gezeigt ) auf der Rückseitenfläche 31 zumindest teilweise nicht vom Rahmen 5 bedeckt und bilden elektrische Kontakt flächen zur externen elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauteils 1 .
Ausnehmungen 9 an Seitenflächen 7 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers 2 sind insbesondere als Hinterschneidungen ausgebildet , die mit dem Material des Rahmens 5 gefüllt sind . Dadurch wird die Haftung zwischen dem Rahmen 5 und dem Träger 2 verbessert .
Figur 4 zeigt ein Stadium eines optoelektronischen Bauteils nach einem Schritt gemäß einem Aus führungsbeispiel des Verfahrens , bei dem ein Träger 2 mit einer Hauptfläche 3 bereitgestellt wurde . Der Träger 2 besteht insbesondere aus Kupfer . Figur 5 zeigt ein Stadium eines optoelektronischen Bauteils nach einem weiteren Schritt gemäß einem Aus führungsbeispiel des Verfahrens , bei dem eine metallische Beschichtung 6 auf den Träger 2 aufgebracht wurde . Die metallische Beschichtung 6 weist Silber oder Gold auf und wurde durch ein galvanisches Abscheideverfahren auf den Träger 2 aufgebracht . Dabei bedeckt die metallische Beschichtung 6 die Oberfläche des Trägers 2 vollständig . Die metallische Beschichtung 6 weist eine Dicke D zwischen 100 Nanometern und 10 Mikrometern auf .
Figur 6 zeigt ein Stadium eines optoelektronischen Bauteils nach einem weiteren Schritt gemäß einem Aus führungsbeispiel des Verfahrens , bei dem eine Ätzmaske 8 auf Bereiche der metallischen Beschichtung 6 aufgebracht wurde . Die Ätzmaske 8 schützt insbesondere darunter liegende Bereiche der metallischen Beschichtung 6 und des Trägers 2 vor einem Ätzmittel , mit dem der Träger 2 und die darauf aufgebrachte metallische Beschichtung 6 in einem nachfolgenden Verfahrensschritt behandelt wird . Die Ätzmaske 8 wird insbesondere mit einem fotolithografischen Verfahren aufgebracht .
Figur 7 zeigt ein Stadium eines optoelektronischen Bauteils nach einem weiteren Schritt gemäß einem Aus führungsbeispiel des Verfahrens , bei dem der Träger 2 mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung 6 sowie der darauf aufgebrachten Ätzmaske 8 nasschemisch geätzt wurde . Insbesondere zeigt Figur 7 ein Stadium des optoelektronischen Bauteils , nachdem die Ätzmaske 8 bereits entfernt wurde .
Durch das Ätzen werden insbesondere Ausnehmungen 9 im Träger
2 ausgebildet . Eine Ausnehmung 9 durchbricht dabei den Träger
2 und zerteilt den Träger 2 in einen ersten Teil 21 und einen davon räumlich getrennten zweiten Teil 22 . Der Durchbruch ist dabei derart ausgebildet , dass einander zugewandte Seitenflächen 7 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers 2 j eweils eine Hinterschneidung aufweisen . Eine laterale Ausdehnung der Hinterschneidungen nimmt dabei mit zunehmendem Abstand von der Haupt fläche 3 zu .
Weitere Ausnehmungen 9 sind als Hinterschneidungen an voneinander abgewandten Seitenflächen 7 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers 2 ausgebildet . Die Hinterschneidungen verbessern insbesondere eine Haftung zwischen dem Träger 2 und einem Rahmen 5 , der in einem folgenden Verfahrensschritt ausgebildet wird .
Die geätzten Seitenflächen 7 des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 des Trägers 2 sind frei von der metallischen Beschichtung 6 . Der im darauf folgenden Verfahrensschritt ausgebildete Rahmen 5 steht in den Ausnehmungen 9 somit in direktem Kontakt mit dem Träger 2 . Dadurch wird die mechanische Verbindung zwischen dem Rahmen 5 und dem Träger 2 verbessert .
Nach dem Ausbilden des Rahmens 5 in einem folgenden Verfahrensschritt wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Halbleiterchip 4 auf die Hauptfläche 3 des Trägers 2 aufgebracht und elektrisch mit dem ersten Teil 21 und dem zweiten Teil 22 des Trägers kontaktiert (hier nicht gezeigt ) .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102022119750 . 6 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . 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.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauteil
2 Träger
21 erster Teil des Trägers
22 zweiter Teil des Trägers
3 Hauptfläche
31 Rückseitenfläche
4 optoelektronischer Halbleiterchip
5 Rahmen
6 metallische Beschichtung
7 Seitenfläche
8 Ätzmaske
9 Ausnehmung
10 Bonddraht
D Dicke
L laterale Richtung
V vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil (1) , umfassend:
- einen Träger (2) mit einer Hauptfläche (3) ,
- einen optoelektronischen Halbleiterchip (4) , der auf der Hauptfläche (3) des Trägers (2) angeordnet ist,
- einen Rahmen (5) , der den Träger (2) lateral zumindest teilweise umschließt, wobei
- zumindest die Hauptfläche (3) des Trägers (2) eine metallische Beschichtung (6) aufweist,
- ein Bereich des Trägers (2) , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen (5) steht, stellenweise frei von der metallischen Beschichtung (6) ist, und
- der Träger (2) eine Keramik aufweist.
2. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Teilbereich der Hauptfläche (3) des Trägers (2) , auf dem der Rahmen (5) angeordnet ist, zumindest teilweise von der metallischen Beschichtung (6) bedeckt ist.
3. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Beschichtung (6) zusätzlich auf einer der Hauptfläche (3) gegenüberliegenden Fläche des Trägers (2) aufgebracht ist.
4. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Träger (2) einen ersten Teil (21) und einen davon räumlich getrennten zweiten Teil (22) umfasst, und
- der erste Teil (21) und der zweite Teil (22) über den Rahmen (5) mechanisch miteinander verbunden sind.
5. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei einander zugewandte Seitenflächen (7) des ersten Teils (21) des Trägers (2) und des zweiten Teils (22) des Trägers (2) frei von der metallischen Beschichtung (6) sind.
6. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Beschichtung (6) eine Dicke (D) zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 10 Mikrometer aufweist .
7. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (5) den optoelektronischen Halbleiterchip (4) in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche (3) des Trägers (2) überragt .
8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Trägers (2) mit einer Hauptfläche (3) ,
- Aufbringen einer metallischen Beschichtung (6) auf zumindest die Hauptfläche (3) des Trägers (2) ,
- Ätzen des Trägers (2) mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung (6) , so dass der Träger (2) nach dem Ätzen zumindest stellenweise frei von der metallischen Beschichtung (6) ist,
- Ausbilden eines Rahmens (5) , der den Träger (2) lateral zumindest teilweise umschließt, und
- Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterchips (4) auf die Hauptfläche (3) des Trägers (2) , wobei - ein Bereich des Trägers (2) , der in direktem Kontakt mit dem Rahmen (5) steht, stellenweise frei von der metallischen Beschichtung (6) ist, und
- vor dem Ätzen eine Ätzmaske (8) auf die metallische Beschichtung (6) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallische Beschichtung (6) mit einem galvanischen Beschichtungsverfahren auf den Träger (2) aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei vor dem Ätzen die Ätzmaske (8) auf die metallische Beschichtung (6) gedruckt oder fotolithografisch aufgebracht wird .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Träger (2) durch das Ätzen in einen ersten Teil (21) und in einen zweiten Teil (22) zerteilt wird, die räumlich voneinander getrennt sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei durch das Ätzen eine Ausnehmung (9) in einem Bereich des Trägers (2) gebildet wird, wo der Träger (2) nach dem Ausbilden des Rahmens (5) in direktem Kontakt mit dem Rahmen
(5) steht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Rahmen (5) durch ein Formpressverfahren, ein Spritzpressverfahren oder ein Spritzgussverfahren ausgebildet wird .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen (1) im Verbund hergestellt werden und das Verfahren einen Schritt zur Vereinzelung in eine Vielzahl optoelektronischer Bauteile (1) umfasst .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, mit dem ein optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wird.
PCT/EP2023/070567 2022-08-05 2023-07-25 Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils WO2024028158A1 (de)

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