WO2024042049A1 - Strahlung emittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von strahlung emittierenden halbleiterbauelementen - Google Patents

Strahlung emittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von strahlung emittierenden halbleiterbauelementen Download PDF

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Definitions

  • the radiation-emitting semiconductor component can be intended to emit white light and can be manufactured with a small component size or luminous area.
  • the light-emitting diode can have a so-called QFN (Quad Flat No Leads) housing with a dosed dam, which can be formed with silicone, with a converter material being arranged within the dam.
  • QFN Quad Flat No Leads
  • silicone can get into separation trenches that are intended to separate light-emitting diodes from the composite, so that a multi-stage separation process is necessary because silicone is soft and smeared on a saw blade.
  • flip chips with a sprayed converter layer and two electrical contacts on the back are known, the electrical contacts being embedded in an epoxy molding compound.
  • One task to be solved in the present case is, among other things, to provide a semiconductor component that emits radiation that is as stable as possible.
  • Another task to be solved is, among other things, to specify an efficient method for producing semiconductor components that emit radiation that is as stable as possible.
  • a radiation-emitting semiconductor component this comprises a carrier with a first main surface and at least one side surface running transversely, for example perpendicularly, to the first main surface.
  • the number of side surfaces depends on the three-dimensional shape of the carrier.
  • the carrier can have a cuboid shape and thus four side surfaces that run transversely or perpendicularly to the first main surface.
  • the carrier can have a leadframe, a printed circuit board or a ceramic substrate.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises at least one semiconductor chip which is arranged on the first main surface of the carrier. The at least one semiconductor chip can emit radiation at a radiation exit surface during operation.
  • the radiation exit surface can be located on a side of the at least one semiconductor chip that is opposite the carrier or facing away from the carrier and can delimit the semiconductor chip on this side.
  • the at least one semiconductor chip can have at least one side surface that runs transversely, for example perpendicularly, to the radiation exit surface.
  • the number of side surfaces depends on the three-dimensional shape of the semiconductor chip.
  • the at least one semiconductor chip can have a cuboid shape and thus four side surfaces that run transversely or perpendicularly to the first main surface.
  • the at least one semiconductor chip can be a surface emitter, a volume emitter or a flip chip.
  • a surface-emitting semiconductor chip may have an electrical contact on its top and an electrical contact on its bottom.
  • a volume-emitting semiconductor chip can have both electrical contacts on its top side.
  • a flip chip can have both electrical contacts on its underside.
  • the radiation-emitting semiconductor component has a housing.
  • the housing can be molded onto the carrier and the at least one semiconductor chip.
  • the housing with the carrier and the at least one semiconductor chip can be used without additional connecting means such as adhesives be mechanically connected and nestle against the carrier or the at least one semiconductor chip in areas in which it is molded.
  • the at least one side surface of the carrier is uncovered by the housing.
  • all side surfaces of the carrier are uncovered by the housing.
  • a second main surface of the carrier opposite the first main surface can also be uncovered by the housing. The uncovered surfaces of the carrier enable good heat dissipation.
  • the at least one semiconductor chip can be covered by the housing on the at least one side surface or on all side surfaces.
  • the housing can extend from the first main surface of the carrier over the side surface(s) of the at least one semiconductor chip to beyond the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the housing has a depression which is arranged on the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the depression can be arranged on a side of the semiconductor chip facing away from the carrier.
  • the housing is laterally delimited by at least one housing wall.
  • the number of housing walls that laterally delimit the housing depends on the three-dimensional shape of the housing.
  • the housing can have a cuboid shape and thus four housing walls.
  • the at least one housing wall or all housing walls are at least partially offset laterally in the direction of the recess to an edge of the carrier that delimits the first main surface.
  • the at least one housing wall or all housing walls can be at least partially at a lateral distance from the edge of the carrier when projected vertically onto the first main surface of the carrier.
  • the lateral distance can be determined parallel to the first main surface.
  • the lateral distance to the edge is greater than zero and can, for example, be a maximum of 20pm.
  • the at least one housing wall or all housing walls can be retracted at least in some areas from the edge of the carrier.
  • the lateral distance results from separating trenches that are provided in the composite between adjacent housings during production, as will be explained in more detail below in connection with the method.
  • this comprises:
  • At least one semiconductor chip which is arranged on the first main surface of the carrier and emits radiation at a radiation exit surface during operation
  • - a housing which is molded onto the carrier and the at least one semiconductor chip, the at least one side surface of the carrier being uncovered by the housing, - has a depression on the
  • Radiation exit surface of the at least one semiconductor chip is arranged, and
  • the at least one housing wall is laterally limited by at least one housing wall, wherein the at least one housing wall is at least partially offset laterally in the direction of the recess to an edge of the carrier delimiting the first main surface.
  • the radiation-emitting semiconductor component can advantageously be made small with a component size of at most 2 mm x at most 2 mm.
  • the at least one semiconductor chip can have a first and second semiconductor region of different conductivity and an active zone arranged between the first and second semiconductor region, which is intended for generating radiation.
  • the first and second semiconductor regions and the active zone can each be formed from one or more semiconductor layers.
  • the semiconductor layers can be layers deposited epitaxially on a growth substrate. After the semiconductor layers have grown, the growth substrate can remain in the semiconductor chip or can be at least partially detached.
  • a quantum well structure in particular a single quantum well structure (Single Quantum Well, SQW) or multiple quantum well structure (Multiple Quantum Well, MQW), can be formed in the active zone using the semiconductor layers.
  • the semiconductor layers contain Al n Ga m Inin- nm As, Al n Ga m Inin- nm P or Al n Ga m Inin- nm N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1 applies.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula.
  • the Al n Ga m Inin- nm As, Al n Ga m Inin- n _ m P or Al n Ga m Inin- nm N material essentially do not change.
  • the above formula only includes the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, As or P or N), even if these can be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the housing is a housing formed by vacuum injection molding.
  • the housing can be formed using VIM (Vacuum Injection Molding), as will be explained in more detail below in connection with the method.
  • VIM Vauum Injection Molding
  • the housing produced by vacuum injection molding can have sharp edges with a relatively small radius of curvature, for example less than 10 pm.
  • the housing consists of a housing material that contains a reflective material.
  • the housing can be designed as a reflector.
  • the housing can be intended to absorb radiation that is transmitted to at least one Side surface of the semiconductor chip is emitted to reflect with a reflectivity of at least 50%. Part of the radiation can be redirected in the direction of the depression.
  • the at least one semiconductor chip can emit electromagnetic radiation with a wavelength that lies in the ultraviolet, visible or infrared spectral range.
  • the reflective material can, for example, have particles made of TiO2 and/or ZrO2.
  • An average particle size is advantageously at most 1 pm, with the average particle size being the median value. Particles of this size can be easily processed using vacuum injection molding.
  • the housing material can contain a plastic material. Silicone, for example, can be used as a plastic material.
  • the reflective material or the particles can be homogeneously distributed in the plastic material.
  • a filling compound is arranged in the recess.
  • the filling compound can completely fill the recess and preferably does not protrude beyond the top of the housing, which is arranged on a side of the housing facing away from the carrier.
  • the filling compound contains a converter material that is intended for wavelength conversion of the radiation. At least some of the radiation emitted by the semiconductor chip can therefore experience a change in wavelength due to the filling material, for example a shift to larger wavelengths.
  • the depression extends from the top of the housing to the radiation exit surface of the at least one semiconductor chip and ends at the radiation exit surface.
  • the depression does not protrude in the direction of the carrier beyond the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the recess it is possible for the recess not to protrude laterally beyond the at least one semiconductor chip on a side facing it.
  • the depression on a side facing the at least one semiconductor chip can have lateral dimensions that are at most as large as the lateral dimensions of the radiation exit surface, wherein the lateral dimensions can be determined parallel to the first main surface of the carrier.
  • the carrier has an opening into which the housing extends.
  • the opening can therefore be filled with housing material. It is possible for the carrier to have several openings into which the housing extends.
  • the opening extends from the first main surface of the carrier through the carrier to the second main surface of the carrier.
  • the opening can be used during the manufacture of the housing as a filling opening for a Molding compound of the housing to be produced is used.
  • the opening on the second main surface is smaller than on the first main surface.
  • the opening on the second main surface can be larger than on the first main surface.
  • the housing can be anchored particularly well in the carrier by the housing material arranged in the opening.
  • the opening can have a trapezoidal or multi-stage cross section parallel to a plane that runs perpendicular to the first main surface or second main surface. Furthermore, the opening can have a circular, elliptical or polygonal cross section parallel to a plane that runs parallel to the first main surface or second main surface.
  • the carrier has a first connection element of a first polarity and a second connection element of a second polarity different from the first polarity, the second connection element being spaced from the first connection element by, for example, an electrically insulating gap.
  • the opening can be arranged in the intermediate space. The opening can therefore be arranged to save space in an already existing gap between the first and second connection elements.
  • the method described below is suitable for the production of radiation-emitting semiconductor components of the type mentioned above. Related to the radiation emitting Features described in the semiconductor component can therefore also be used for the method and vice versa.
  • this comprises the following steps:
  • process steps can be carried out in the specified order.
  • the separation trench in question can have a width that corresponds to twice the lateral distance of the housing wall to the edge of the carrier.
  • the width of the separation trench can decrease with increasing depth.
  • the separation trench can taper in the direction of the carrier composite.
  • the housing wall in the finished semiconductor component can run obliquely, i.e. neither at right angles nor parallel, to the first main surface of the carrier.
  • the separation trench can have a depth that corresponds to at least 50% of a height of the housing wall.
  • the height can correspond to a vertical extent, which is determined, for example, along a vertical direction running transversely, in particular perpendicular to the first main surface of the carrier.
  • the width or depth of the separation trench is chosen in particular so that no or only a small amount of housing material, from which the housings are each formed, has to be cut through during the separation.
  • the separation trench is free of silicone. This means that the separation can be carried out without prior steps to remove the silicone in a one-step process, for example by sawing.
  • the molding compound has the same material components as the housing material, which have already been described above.
  • the housings are manufactured using vacuum injection molding (VIM).
  • VIM vacuum injection molding
  • the molding compound can be injected into the cavities in which a vacuum is generated.
  • a filling pressure prevailing during injection can be between 0.1 and 0.5 bar.
  • VIM vacuum injection molding
  • a further advantage is that the formation of air bubbles, which generally make the housings brittle, can be prevented, so that the housings and, accordingly, the semiconductor components emitting radiation are comparatively stable.
  • components of the mold that delimit the cavities are manufactured using additive manufacturing.
  • additive manufacturing it is possible to create cavities with more complex geometry and correspondingly housings with more complex geometry.
  • the components of the mold that delimit the cavities can contain or consist of polydimethylsiloxane (PDMS). Surfaces of the components formed by PDMS are characterized by a high surface quality.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a filling compound is introduced into the depressions using a dispenser.
  • the filling compound can contain a converter material.
  • the filling compound can be placed over it In addition, have the structural properties and material properties described above.
  • the carrier assembly has openings, with at least one opening being assigned to each carrier to be separated.
  • the molding compound can be introduced into the cavities through the openings.
  • the openings can therefore, as already explained in more detail above, serve as filling openings and have the structural features described above.
  • the openings can be filled with molding compound at the same time, so that the housings each protrude into the associated openings and can thus be anchored in the supports.
  • providing the carrier composite includes a step of providing a carrier body that has recesses.
  • the carrier body can be a lead frame composite, a composite of printed circuit boards or a composite of ceramic substrates.
  • Some of the recesses can be intended to form gaps between connection elements of different polarities in the individual supports.
  • Another part of the recesses can be provided to separate the connecting elements of adjacent carriers to be separated from each other by gaps.
  • the provision of the carrier composite can include a step of introducing a base material into the recesses.
  • the base material is introduced into the recesses using vacuum injection molding (VIM).
  • VIM vacuum injection molding
  • the base material can differ from the molding compound distinguish from which the housings are made.
  • the base material can be a plastic material, for example an epoxy.
  • the epoxy is hard compared to silicone, so that the carriers can be separated through epoxy-filled recesses in a simplified manner, for example by a sawing process.
  • the openings are created in the base material of part of the recesses.
  • the base material can be provided with a shape suitable for the openings, for example for a filling opening or anchoring structure, through a molding process, for example by means of vacuum injection molding.
  • the radiation-emitting semiconductor component is suitable, for example, for general lighting and lighting in vehicles.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view and FIG. 1B shows a schematic top view of a radiation-emitting semiconductor component according to a first exemplary embodiment
  • Figure 2A is a schematic cross-sectional view and Figure 2B is a schematic top view of a radiation emitting device Semiconductor component according to a second
  • Figures 3 to 5 show schematic top views of radiation-emitting semiconductor components according to further exemplary embodiments
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a radiation-emitting semiconductor component according to a further exemplary embodiment
  • Figures 7A to 7E, 8 to 16, 17A and 17B and 18 schematic cross-sectional and plan views of process steps of a method or possible variants for producing radiation-emitting semiconductor components.
  • identical, similar or identically acting elements can each be provided with the same reference symbols.
  • the elements shown and their proportions to one another are not necessarily to be viewed as true to scale; Rather, individual elements can be shown in exaggerated sizes for better display and/or understanding.
  • FIGS. 1A and 1B A first exemplary embodiment of a radiation-emitting semiconductor component 1 is explained in more detail with reference to FIGS. 1A and 1B.
  • Figure 1A shows a schematic view of a cross section of the radiation-emitting semiconductor component 1 along line AA shown in Figure 1B.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 comprises a carrier 2 and a semiconductor chip 10 which is arranged on a first main surface 2A of the carrier 2.
  • the carrier 2 comprises a carrier substrate 4 with a first connection element 5 of a first polarity and a second connection element 6 of a second polarity, the first and second connection elements 5, 6 being spaced apart from one another by an electrically insulating gap 7.
  • the carrier substrate 4 is a metallic substrate, for example a lead frame, with the connection elements 5, 6 being parts of the lead frame.
  • the carrier 2 it is also possible for the carrier 2 to have a printed circuit board (PCB) or a ceramic substrate.
  • the first and second connection elements 5, 6 form electrodes of the radiation-emitting semiconductor component 1, which are provided for electrically contacting the radiation-emitting semiconductor component 1 from the outside on its rear side 1B, which can be formed by a second main surface 2B of the carrier 2.
  • the carrier 2 also has a base material 8, which is arranged in the intermediate space 7 and covers the carrier substrate 4 on side surfaces 4C, which laterally delimit the carrier substrate 4.
  • the base material 8 can be an electrically insulating material, for example a plastic material such as an epoxy, which is also characterized by a higher hardness than, for example, silicone.
  • the semiconductor chip 10 can be one
  • the semiconductor component 1 can have further connection elements for electrically contacting the semiconductor chips.
  • the semiconductor chip 10 is mechanically and also electrically connected to the second connection element 6 on a base surface 10B facing the carrier 2 by a connecting means 16, for example a solder layer or adhesive layer. Furthermore, the semiconductor chip 10 is connected to the first connection element 5 on the top side or on a radiation exit surface 10A, which is located on a side facing away from the carrier 2, by means of a connecting means 15 arranged on the contact 14, for example a bonding wire.
  • the semiconductor chip 10 has a first semiconductor region 11 of a first conductivity, for example a p-conductivity, and a second semiconductor region 13 of a second conductivity, for example an n-conductivity, and an active zone 12 arranged between the first and second semiconductor regions 11, 13 on, which is intended for generating electromagnetic radiation, for example with a wavelength in the ultraviolet, visible or infrared spectral range.
  • the first semiconductor region 11 is located on a side of the active zone 12 facing away from the carrier 2 and can be connected by means of the top-side contact 14 be electrically contacted, while the second semiconductor region 13 is arranged on a side of the active zone 12 facing the carrier 2 and can be electrically contacted by means of the contact on the bottom.
  • the p-type semiconductor region to be arranged on the carrier side and the n-type region to be arranged on a side facing away from the carrier 2.
  • the first and second semiconductor regions 11, 13 and the active zone 12 can each be formed from one or more semiconductor layers, whereby the semiconductor layers can be layers deposited epitaxially on a growth substrate, and the growth substrate after the growth of the semiconductor layers in the semiconductor chip 10 can remain or at least partially be removed.
  • the semiconductor regions 11, 12, 13 or semiconductor layers of the semiconductor chip 10 materials based on arsenide, phosphide or nitride compound semiconductors, for example, as explained in more detail above, come into consideration.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 has a housing 17.
  • the housing 17 is molded onto the carrier 2 and the semiconductor chip 10.
  • the housing 17 can therefore be mechanically connected to the carrier 2 and the semiconductor chip 10 without additional connecting means such as adhesive and can nestle against the carrier 2 or the semiconductor chip 10 in areas in which it is formed.
  • the carrier 2 comprises a plurality of side surfaces 2C, each of which connects the first main surface 2A with the second main surface 2B, which is opposite the first main surface 2A.
  • the side surfaces 2C of the carrier 2 and the second main surface 2B are uncovered by the housing 17.
  • the uncovered surfaces 2C, 2B of the carrier 2 enable good heat dissipation.
  • the semiconductor chip 10 comprises a plurality of side surfaces IOC, each of which connects the radiation exit surface 10A with the bottom surface 10B.
  • the side surfaces I OC are covered by the housing 17, the housing 17 extending from the first main surface 2A of the carrier 2 over the side surfaces I OC of the semiconductor chip 10 beyond the radiation exit surface 10A of the semiconductor chip 10.
  • the housing 17 can project beyond the semiconductor chip 10 in a vertical direction V, which runs perpendicular to a first and a second lateral direction LI, L2 (see FIGS. 1A and 1B).
  • the first and second lateral directions LI, L2 span a plane to which the first main surface 2A is arranged parallel.
  • the radiation exit surface 10A can be partially covered by the housing 17.
  • the housing 17 is laterally delimited by several housing walls 17C, the housing walls 17C each connecting a housing top 17A facing away from the carrier 2 with a housing bottom 17B facing the carrier 2 and extending in areas transversely to the housing top 17A and housing bottom 17B.
  • the housing walls 17c are each offset in sections laterally inwards towards a center of the housing 17 relative to an edge 3 of the carrier 2 delimiting the first main surface 2A.
  • the housing walls 17C point towards the first main surface 2A of the carrier 2 in a vertical projection
  • the edge 3 of the carrier 2 protrudes laterally over the housing walls 17c when projected vertically onto the first main surface 2A of the carrier 2.
  • the lateral distance a is determined parallel to the plane that is spanned by the first and second lateral directions LI, L2.
  • the lateral distance a is greater than zero and is, for example, at most 20 pm.
  • the lateral distance a can increase steadily in the vertical direction V, so that the housing walls 17C run at an angle greater than 0° and less than 90° to the first main surface 2A of the carrier 2.
  • the lateral distance a results from separating trenches 33 (cf. FIG. 16), which are provided during production in conjunction with adjacent housings 17, as will be explained in more detail below in connection with the method.
  • the housing 17 has a depression 18 which extends from the top of the housing 17A to the radiation exit surface 10A of the semiconductor chip 10 and ends at the radiation exit surface 10A, the depression 18 tapering in the direction of the semiconductor chip 10.
  • the recess 18 is designed in such a way that it does not protrude laterally beyond the semiconductor chip 10 on a side facing it.
  • the depression 18 can have a first lateral dimension (not shown) and a second lateral dimension c1 on a side facing the semiconductor chip 10, which are at most as large as first and second lateral dimensions c2, b2 (see Figure 1B) of the radiation exit surface 10A.
  • the first lateral dimensions cl, c2 are determined parallel to the first lateral direction LI and the second lateral dimensions are determined parallel to the second lateral direction L2.
  • the housing walls 17c are each offset in sections laterally in the direction of the recess 18 from the edge 3 of the carrier 2 delimiting the first main surface 2A.
  • the housing 17 is preferably a housing formed using vacuum injection molding (VIM), as will be explained in more detail below in connection with the method.
  • VIM vacuum injection molding
  • the housing 17 produced by vacuum injection molding can, for example, have sharp edges with a relatively small radius of curvature, for example less than 10 pm, at the transition from the top of the housing 17A to the housing walls 17C and at the transition from the top of the housing 17A to the recess 18.
  • the housing 17 serves as a reflector and is formed from a housing material containing a reflective material.
  • the reflective material can, for example, have particles made of TiO2 and/or ZrO2. An average particle size is advantageously at most 1 pm, with the average particle size being the median value. Particles of this size can be easily processed using vacuum injection molding (VIM).
  • the housing material can contain a plastic material. Silicone, for example, can be used as a plastic material. The reflective material or the particles can be homogeneously distributed in the plastic material.
  • the Housing material may differ from the base material 8.
  • the housing 17 is intended to reflect radiation that is emitted on the side surfaces I OC of the semiconductor chip 10 with a reflectivity of at least 50%. Part of the radiation can be deflected in the direction of the recess 18 or a front side 1A of the semiconductor component 1, which is partially formed by the top side of the housing 17A.
  • a filling compound 19 is arranged in the recess 18 and completely fills the recess 18 .
  • the filling compound 19 does not protrude beyond the top of the housing 17A.
  • the filling compound 19 can contain a converter material which is provided for the wavelength conversion of the primary radiation generated by the semiconductor chip 10, so that at least part of the radiation emitted by the semiconductor chip 10 experiences a change in wavelength through the filling compound 19, for example a shift to larger wavelengths.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 can emit white light, for example through a combination of blue primary radiation and yellow secondary radiation, but also colored light or invisible radiation.
  • the front side 1A is the radiation exit side of the semiconductor component 1.
  • the housing 17 produced by vacuum injection molding (VIM) enables advantageously small dimensions for the housing 17 itself and also for the radiation-emitting semiconductor component 1.
  • the housing 17 can be in areas in which it surrounds the recess 18, can largely be formed with an average thickness d of approximately 0.1 mm.
  • a luminous area whose dimension can correspond to a first lateral dimension c3 and a second lateral dimension b3 of the recess 18 on the front side 1A (see FIG. 1B), can have a size of c3 ⁇ 1.4 mm and b3 ⁇ 1 , 4 mm.
  • a small illuminated area can be better imaged using optical systems.
  • the luminous area can be smaller than the radiation exit area 10A, so that the luminance is increased.
  • FIGS. 2A and 2B A second exemplary embodiment of a radiation-emitting semiconductor component 1 is explained in more detail with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • Figure 2A shows a schematic view of a cross section of the radiation-emitting semiconductor component 1 along the line AA shown in Figure 2B.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 comprises a carrier 2, a semiconductor chip 10 arranged on the carrier 2 and a housing 17 molded onto the carrier 2 and the semiconductor chip 10.
  • All housing walls 17C are already offset laterally inwards on the first main surface 2A of the carrier 2 relative to the edge 3 of the carrier 2 and have a lateral distance a to the carrier edge 3 that is greater than zero.
  • the lateral distance a can increase steadily in the vertical direction V, so that the housing walls 17C run at an angle greater than 0° and less than 90° to the first main surface 2A of the carrier 2.
  • Due to the lateral spacing of all housing walls 17C the carrier 2 has an edge region along the carrier edge 3 on the first main surface 2A that is not covered by housing material, which can be more easily severed when separated from a composite due to a lack of housing material.
  • the carrier 2 has an opening 9 into which the housing 17 extends, so that the opening 9 is filled with housing material.
  • the opening 9 serves as a filling opening through which a molding compound is introduced into a cavity. It is possible for the carrier 2 to have several openings 9 into which the housing 17 extends (not shown).
  • the opening 9 extends from the first main surface 2A of the carrier 2 through the carrier 2 to the second main surface 2B of the carrier 2.
  • the opening 9 is larger on the second main surface 2B than on the first main surface 2A and has a polygonal multi-stage cross section parallel to a plane spanned by the vertical direction V and first lateral direction LI (see Figure 2A). Due to the opening 9 widening towards the second main surface 2B, the housing material arranged therein and thus the housing 17 as a whole can be anchored particularly well in the carrier 2. Furthermore, the opening 9 can have a circular cross section parallel to a plane spanned by the first lateral direction LI and the second lateral direction L2 (see FIG. 2B).
  • the opening 9 saves space in the already existing one
  • Connection element 5, 6 arranged. This is in the The housing material arranged in the opening 9 is embedded in the base material 8, which is arranged in the intermediate space 7.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 described in connection with FIGS. 2A and 2B can also have all the features and advantages mentioned in connection with the further exemplary embodiments.
  • the luminous area whose dimensions can correspond to the first lateral dimension c3 and the second lateral dimension b3 of the recess 18 on the front side 1A, can be of a similar size to the radiation exit area 10A of the semiconductor chip 10.
  • the luminous flux can be increased.
  • the luminous area whose dimension can correspond to the first lateral dimension c3 and the second lateral dimension b3 of the recess 18 on the front 1A, can also be larger than the radiation exit area 10A of the semiconductor chip 10, so that basically all customer requirements regarding the size of the illuminated area can be taken into account.
  • Radiation-emitting semiconductor components 1 can In addition, they have all the features and advantages mentioned in connection with the further exemplary embodiments.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 comprises a carrier 2 with an opening 9 which has an elliptical cross section parallel to a plane spanned by the first lateral direction LI and the second lateral direction L2. Furthermore, the opening 9 can have a trapezoidal or multi-stage cross section parallel to one through the vertical direction V (cf. FIG. 6) and the first lateral direction LI on a tensioned plane.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 can also have all of the features and advantages mentioned in connection with the further exemplary embodiments.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 comprises a carrier 2 with an opening 9 which is smaller on the second main surface 2B than on the first main surface 2A and has a multi-stage cross section parallel to a plane spanned by the vertical direction V and the first lateral direction LI having .
  • the opening 9 is particularly suitable in the manufacture of the housing 17 as a filling opening through which a molding compound is introduced into a cavity.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 can also have all of the features and advantages mentioned in connection with the further exemplary embodiments.
  • a method for producing radiation-emitting semiconductor components 1 is described with reference to FIGS. 7 to 18, as explained in more detail, for example, in connection with the preceding figures. Possible variants of the method are also described.
  • the method includes providing a carrier composite 20, which has a carrier body 21 and a base material 8 (see FIG. 7E).
  • Providing the carrier composite 20 can include a step of providing the carrier body 21, which has recesses 22A, 22B (see FIG. 7A).
  • the carrier body 21 can have areas that are separate from one another and can be held together by a support structure 23.
  • the carrier body 21 can be a leadframe composite.
  • the carrier body 21 it is also possible for the carrier body 21 to be a composite of printed circuit boards or a composite of ceramic substrates.
  • the recesses 22A can be provided to form gaps 7 between connection elements 5, 6 of different polarity in carriers 2 that are separated from the carrier composite 20
  • the recesses 22B can be provided to separate the connecting elements 5, 6 of different carriers 2 to be separated from each other by gaps.
  • the provision of the carrier composite 20 can include a step of introducing the base material 8 into the recesses 22A, 22B (cf. Figure 7C).
  • the base material 8 is introduced into the recesses 22A, 22B by means of vacuum injection molding, where a molding tool 24 with a first tool half 25 and a second tool half 26 is provided, between which the carrier body 21 is arranged, so that a first surface 21A of the carrier body 21 from the first tool half 25 and a second surface 21B of the carrier body 21 from the second tool half 26 is covered (see Figure 7B).
  • a vacuum E is generated in the mold 24 and the base material 8 is injected into the recesses 22A, 22B at a filling pressure F, for example between 0.1 and 0.5 bar.
  • the injection can take place at room temperature.
  • the base material 8 can differ from the molding compound 32 from which the housings are made.
  • the base material 8 can be a plastic material, for example an epoxy.
  • the epoxy is hard compared to silicone, so that the carriers 2 can be separated later through the epoxy-filled recesses 22B in a simplified manner, for example by a sawing process.
  • the first tool half 25 can be flat.
  • the second tool half 26 can also be flat or have protruding components 26A (see FIG. 7B), if, for example, openings 9 are to be created in the supports 2 to be separated (see FIG. 7E).
  • the protruding components 26A can each engage in a recess 22A, so that the recesses 22A are only partially filled by the base material 8, while the recesses 22B are completely filled (cf. Figure 7C).
  • the tool halves 25, 26 can be produced using additive manufacturing, so that even more complex geometries such as the protruding components 26A, which give the openings 9 their shape, for example for a filling opening or Anchoring structure is suitable, lend, can be realized.
  • the tool halves 25, 26 can have or consist of polydimethylsiloxane (PDMS).
  • the base material 8 can be hardened by the action of light, for example UV light.
  • the base material 8 can also be thermally hardened after demoulding (see FIG. 7E).
  • the radiation-emitting semiconductor chips 10 are applied to it, the radiation-emitting semiconductor chips 10 each having a radiation exit surface 10A, which is arranged on a side facing away from the carrier composite 20 (see FIG. 8).
  • a semiconductor chip 10 is mounted on a second connection element 6 and connected to an adjacent first connection element 5 by means of a connecting means 15.
  • the method further includes providing a further mold 27 with cavities 28 and arranging the carrier assembly 20 with the semiconductor chips 10 applied thereon relative to the mold 27 in such a way that in each cavity 28 a semiconductor chip 10 is arranged (see Figure 9).
  • the molding tool 27 can comprise channels 29 which, after the carrier composite 20 has been introduced into the molding tool 27, are located on a rear side 20B of the carrier composite 20 facing away from the semiconductor chips 10 and to the openings 9 are open.
  • the mold 27 can have a first tool half 30 with the Cavities 28 and a second tool half 31 with the channels 29, the carrier composite 20 with the semiconductor chips 10 arranged thereon being inserted between the two tool halves 30, 31.
  • the mold 27 or its components such as the first tool half 30 and the second tool half 31 can be produced using additive manufacturing. This makes it possible to realize cavities 28 and channels 29 with more complex geometry.
  • the tool halves 30, 31 can contain or consist of polydimethylsiloxane (PDMS). Surfaces of the tool halves 30, 31 formed by PDMS are characterized by a high surface quality.
  • the method further includes filling the cavities 28 with a molding compound 32 (see Figure 10) for producing housings 17 (see Figures 1 to 6), the semiconductor chips 10 being used to produce depressions 18 in the housings 17 on the radiation exit surfaces 10A are each covered by a component 27A of the mold 27, and in order to produce a separation trench 33 between two adjacent housings 17, two adjacent cavities 28 are spaced apart from one another by a further component 27B of the mold 27.
  • the carrier assembly 20 has openings 9, the cavities 28 can be filled by means of the channels 29 from the back 20B, the molding compound 32 being introduced into the channels 29 and from there through the openings 9 into the cavities 28 (see arrows).
  • the openings 9 can also be filled with molding compound so that the housings 17 each protrude into the associated openings 9 and so that they can be anchored in the supports 2 (see Figure 16).
  • the molding compound 32 has the same material components as the housing material and can accordingly contain a plastic material, for example silicone, and a reflective material, for example particles of TiO2 and/or ZrO2.
  • a plastic material for example silicone
  • a reflective material for example particles of TiO2 and/or ZrO2.
  • the housings 17 are preferably manufactured using vacuum injection molding (VIM).
  • VIM vacuum injection molding
  • the molding compound 32 is injected into the cavities 28, in which a vacuum E is generated.
  • a filling pressure F prevailing during injection can be between 0.1 and 0.5 bar.
  • the second surface 21B of the carrier body 21 can be covered in areas of the connecting elements 5, 6 by components of the molding tool 27 or the second tool half 31 and thus protected from the molding compound 32, so that the connecting elements 5, 6 not be covered by an electrically insulating film.
  • the second tool half 31 can, in order to protect the connection elements 5, 6 from the molding compound 32 and thus from an electrically insulating film, be designed in two parts and have a base plate 31A and an intermediate plate 31B, the intermediate plate 31B being arranged between the carrier assembly 20 and the base plate 31A and covering the back 20B of the carrier assembly 20 with the exception of the openings 9 for protection.
  • the channels 29 run between the base plate 31A and the intermediate plate 31B through the intermediate plate 31B to the openings 9.
  • the base plate 31A and the intermediate plate 31B can each be made of PDMS using additive manufacturing with the advantages mentioned above.
  • the method may further comprise a step of hardening the molding compound 32 arranged in the cavities 28. This can be done using UV light, as indicated by a star symbol.
  • the hardening can be carried out on one side from an upper side of the mold 27, that is to say from the side of the first tool half 30.
  • unhardened molding compound 32 can remain in the channels 29 when the molding tool 27 is removed, so that unwanted residues of the molding compound 32 on the back 20B of the carrier composite 20 can be removed in this way (see FIG. 13).
  • the hardening can take place on both sides from the top and a bottom of the mold 27, that is to say from the side of the first tool half 30 and the second tool half 31.
  • the molding compound 32 is hardened in the channels 29.
  • the second tool half 31 has an adhesive film 31C, which adheres to the hardened molding compound 32, so that the hardened Molding compound 32 is also removed when the second tool half 31 is removed (see FIG. 14).
  • the hardening can be carried out on both sides from the top and bottom of the mold 27, that is to say from the side of the first tool half 30 and the second tool half 31, without adhesive film, so that, as shown in Figure 15, when removing the Molding tool 27 residues of the molding compound 32 remain on the back 20B of the carrier composite 20, which are then removed so that the carrier composite 20 no longer has any residues on the back 20B (cf. Figure 16).
  • a plurality of housings 17 are arranged on a front side 20A of the carrier assembly 20 opposite the rear side 20B, each of which is molded onto a semiconductor chip 10 and the carrier assembly 20 and has a recess 18. Between two adjacent housings 17 there is a separating trench 33, which is so wide that a housing wall 17C of a housing 17 adjacent to it is at least partially offset laterally inwards after separation compared to an edge 3 of the carrier delimiting the first main surface 2A 2, on which the housing 17 is molded (cf. Figures 1 to 6).
  • the separation trench 33 has a width w which corresponds to twice the lateral distance a of the housing wall 17C to the edge 3 of the carrier 2 (cf. FIGS. 1 to 6).
  • the width w of the separation trench 33 can decrease with increasing depth, that is, opposite to the vertical direction V.
  • the separation trench 33 can therefore be in the direction of Taper support network 20.
  • the housing wall 17C in the finished semiconductor component 1 can run obliquely, that is, neither at right angles nor parallel, to the first main surface 2A of the carrier 2.
  • the separation trench 33 can have a depth t that corresponds to at least 50% of a height of the housing wall, the depth indicating a dimension along the negative vertical direction V and the height indicating a dimension along the negative vertical direction V.
  • the width w or depth t of the separation trench 33 is chosen in particular so that during the separation, no or only a small amount of housing material, from which the housings 17 are each formed, has to be cut through.
  • the separating trench 33 is free of silicone. This means that the separation can be carried out without prior steps to remove the silicone in a one-step process, for example by sawing.
  • the filling compound 19 can be introduced into the depressions 18 using a dispenser.
  • the filling compound 19 can contain a converter material.
  • the filling compound 19 can also have the structural properties and material properties described above.
  • the method includes a step of dividing the carrier composite 20 with the ones applied thereto Semiconductor chips 10 and the molded housings 17 through the respective separation trench 33, carriers 2 of the radiation-emitting semiconductor components 1 being separated from the carrier composite 20, each of which has a first main surface 2A, on which at least one semiconductor chip 10 and a housing 17 are arranged is, so that a plurality of radiation-emitting semiconductor components 1 are created (see FIG. 18).
  • the separation or division which can be done using saws, is essentially limited to the isolation or division of the carrier assembly 20, since the housings 17 are spaced from the respective separation trench 33 and therefore only little or no housing material has to be cut through.
  • the formation of the separating trenches 33 eliminates the need for preliminary processes for removing housing material.
  • the base material 8 of the carrier composite 20, which can be harder compared to the housing material, is easier to cut, so that the process is efficient overall.

Abstract

Es wird ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) angegeben umfassend - einen Träger (2) mit einer ersten Hauptfläche (2A) und zumindest einer quer zur ersten Hauptfläche (2A) verlaufenden Seitenfläche (2C), - zumindest einen Halbleiterchip (10), der auf der ersten Hauptfläche (2A) des Trägers (2) angeordnet ist und im Betrieb an einer Strahlungsaustrittsfläche (10A) Strahlung emittiert, - ein Gehäuse (17), das -an den Träger (2) und den zumindest einen Halbleiterchip (10) angeformt ist, wobei die zumindest eine Seitenfläche (2C) des Trägers (2) von dem Gehäuse (17) unbedeckt ist, - eine Vertiefung (18) aufweist, die an der Strahlungsaustrittsfläche (10A) des zumindest einen Halbleiterchips (10) angeordnet ist, und - durch zumindest eine Gehäusewand (17C) seitlich begrenzt ist, wobei die zumindest eine Gehäusewand (17C) zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung versetzt ist zu einem die erste Hauptfläche (2A) begrenzenden Rand (3) des Trägers (2). Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung derartiger Strahlung emittierender Halbleiterbauelemente (1) angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNG EMITTIERENDES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON STRAHLUNG EMITTIERENDEN
HALBLE I TERBAUELEMENTEN
Es werden ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen angegeben . Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement kann zur Emission von weißem Licht vorgesehen sein und mit geringer Bauteilgröße beziehungsweise Leuchtfläche hergestellt werden .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 121 519 . 9 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird .
Es sind verschiedene Designs von weißen Leuchtdioden geringer Bauteilgröße , das heißt zum Beispiel kleiner als 2 , 5 mm x 2 , 5 mm, bekannt . Beispielsweise kann die Leuchtdiode ein sogenanntes QFN ( Quad Flat No Leads ) -Gehäuse mit einem aufdosierten Damm, der mit Silikon gebildet sein kann, aufweisen, wobei innerhalb des Damms ein Konvertermaterial angeordnet ist . Bei der Herstellung im Verbund kann j edoch Silikon in Trenngräben, die zur Vereinzelung von Leuchtdioden aus dem Verbund vorgesehen sind, gelangen, so dass ein mehrstufiger Trennprozess erforderlich ist , da Silikon weich ist und an einem Sägeblatt verschmiert . Ferner sind FlipChips mit einer auf gesprühten Konverterschicht und zwei elektrischen Kontakten an der Rückseite bekannt , wobei die elektrischen Kontakte in eine Epoxy-Pressmasse eingebettet sind . Aufgrund der Epoxy-Pressmasse ist die Wärmeabfuhr beeinträchtigt . Außerdem sind diese FlipChips relativ bruchempfindlich . Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend unter anderem darin, ein möglichst stabiles Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement anzugeben . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein ef fi zientes Verfahren zur Herstellung von möglichst stabilen Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen anzugeben .
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements sowie eines Verfahrens zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Träger mit einer ersten Hauptfläche und zumindest einer quer, beispielsweise senkrecht , zur ersten Hauptfläche verlaufenden Seitenfläche . Die Anzahl der Seitenflächen hängt von der dreidimensionalen Gestalt des Trägers ab . Beispielsweise kann der Träger eine quaderförmige Gestalt und damit vier quer beziehungsweise senkrecht zur ersten Hauptfläche verlaufende Seitenflächen aufweisen . Beispielsweise kann der Träger einen Leiterrahmen ( Leadframe ) , eine bedruckte Leiterplatte ( Printed Circuit Board) oder ein Keramiksubstrat aufweisen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip, der auf der ersten Hauptfläche des Trägers angeordnet ist . Der zumindest eine Halbleiterchip kann im Betrieb an einer Strahlungsaustritts fläche Strahlung emittieren . Die Strahlungsaustritts fläche kann sich auf einer dem Träger gegenüberliegenden beziehungsweise von dem Träger abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterchips befinden und den Halbleiterchip auf dieser Seite begrenzen . Der zumindest eine Halbleiterchip kann zumindest eine quer, beispielsweise senkrecht , zur Strahlungsaustritts fläche verlaufende Seitenfläche aufweisen . Die Anzahl der Seitenflächen hängt von der dreidimensionalen Gestalt des Halbleiterchips ab . Beispielsweise kann der zumindest eine Halbleiterchip eine quaderförmige Gestalt und damit vier quer beziehungsweise senkrecht zur ersten Hauptfläche verlaufende Seitenflächen aufweisen .
Bei dem zumindest einen Halbleiterchip kann es sich um einen Oberflächenemitter, einen Volumenemitter oder einen FlipChip handeln . Ein oberflächenemittierender Halbleiterchip kann einen elektrischen Kontakt an seiner Oberseite und einen elektrischen Kontakt an seiner Unterseite aufweisen . Ein volumenemittierender Halbleiterchip kann beide elektrischen Kontakte auf seiner Oberseite aufweisen . Ein Flip-Chip kann beide elektrischen Kontakte auf seiner Unterseite aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement ein Gehäuse auf . Das Gehäuse kann an den Träger und den zumindest einen Halbleiterchip angeformt sein . Mit anderen Worten kann das Gehäuse mit dem Träger und dem zumindest einen Halbleiterchip ohne zusätzliche Verbindungsmittel wie etwa Haftmittel mechanisch verbunden sein und sich in Bereichen, in denen es angeformt ist , an den Träger beziehungsweise den zumindest einen Halbleiterchip anschmiegen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist die zumindest eine Seitenfläche des Trägers von dem Gehäuse unbedeckt . Insbesondere sind alle Seitenflächen des Trägers von dem Gehäuse unbedeckt . Darüber hinaus kann auch eine der ersten Hauptfläche gegenüber liegende zweite Hauptfläche des Trägers von dem Gehäuse unbedeckt sein . Die unbedeckten Oberflächen des Trägers ermöglichen eine gute Wärmeabfuhr .
Weiterhin kann der zumindest eine Halbleiterchip an der zumindest einen Seitenfläche beziehungsweise an allen Seitenflächen von dem Gehäuse bedeckt sein . Das Gehäuse kann sich von der ersten Hauptfläche des Trägers über die Seitenf läche/n des zumindest einen Halbleiterchips bis über die Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterchips hinaus erstrecken .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist das Gehäuse eine Vertiefung auf , die an der Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterchips angeordnet ist . Die Vertiefung kann auf einer von dem Träger abgewandten Seite des Halbleiterchips angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist das Gehäuse durch zumindest eine Gehäusewand seitlich begrenzt . Die Anzahl der Gehäusewände , die das Gehäuse seitlich begrenzen, hängt von der dreidimensionalen Gestalt des Gehäuses ab . Beispielsweise kann das Gehäuse eine quaderförmige Gestalt und damit vier Gehäusewände aufweisen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist die zumindest eine Gehäusewand beziehungsweise sind alle Gehäusewände zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung versetzt zu einem die erste Hauptfläche begrenzenden Rand des Trägers . Mit anderen Worten kann die zumindest eine Gehäusewand beziehungsweise können alle Gehäusewände bei einer senkrechten Proj ektion auf die erste Hauptfläche des Trägers zumindest bereichsweise einen lateralen Abstand zum Rand des Trägers aufweisen . Der laterale Abstand kann parallel zur ersten Hauptfläche bestimmt werden . Der laterale Abstand zum Rand ist dabei größer als Null und kann beispielsweise höchstens 20pm betragen . Beispielsweise kann die zumindest eine Gehäusewand beziehungsweise können alle Gehäusewände zumindest bereichsweise zurückgezogen sein vom Rand des Trägers .
Der laterale Abstand ergibt sich aus Trenngräben, die bei der Herstellung im Verbund zwischen benachbarten Gehäusen vorgesehen werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren näher erläutert wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements umfasst dieses :
- einen Träger mit einer ersten Hauptfläche und zumindest einer quer zur ersten Hauptfläche verlaufenden Seitenfläche ,
- zumindest einen Halbleiterchip, der auf der ersten Hauptfläche des Trägers angeordnet ist und im Betrieb an einer Strahlungsaustritts fläche Strahlung emittiert ,
- ein Gehäuse , das an den Träger und den zumindest einen Halbleiterchip angeformt ist , wobei die zumindest eine Seitenfläche des Trägers von dem Gehäuse unbedeckt ist , - eine Vertiefung aufweist , die an der
Strahlungsaustritts fläche des zumindest einen Halbleiterchips angeordnet ist , und
- durch zumindest eine Gehäusewand seitlich begrenzt ist , wobei die zumindest eine Gehäusewand zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung versetzt ist zu einem die erste Hauptfläche begrenzenden Rand des Trägers .
Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement kann vorteilhaft klein mit einer Bauteilgröße von höchstens 2mm x höchstens 2mm ausgebildet werden .
Der zumindest eine Halbleiterchip kann einen ersten und zweiten Halbleiterbereich unterschiedlicher Leitfähigkeit und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone aufweisen, die zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist . Der erste und zweite Halbleiterbereich sowie die aktive Zone können j eweils aus einer oder mehreren Halbleiterschichten gebildet sein . Bei den Halbleiterschichten kann es sich um epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichten handeln . Das Aufwachssubstrat kann nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichten im Halbleiterchip verbleiben oder zumindest teilweise abgelöst werden .
In der aktiven Zone kann mittels der Halbleiterschichten eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach- Quantentopfstruktur ( Single Quantum Well , SQW) oder Mehrfach- Quantentopfstruktur (Multiple Quantum Well , MQW) , ausgebildet sein . Für die Halbleiterbereiche beziehungsweise Halbleiterschichten des Halbleiterchips kommen beispielsweise auf Arsenid- , Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht . „Auf Arsenid- , Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten AlnGamIni-n-mAs , AlnGamIni-n-mP oder AlnGamIni-n-mN enthalten, wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 gi lt . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIni-n-mAs- , AlnGamIni-n_ mP- oder AlnGamIni-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, As bzw . P bzw . N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt sein können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist das Gehäuse ein mittels Vakuum-Spritzgusses angeformtes Gehäuse . Mit anderen Worten kann das Gehäuse mittels VIM (Vacuum Inj ection Molding) angeformt werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren näher erläutert wird . Das mittels Vakuum-Spritzgusses erzeugte Gehäuse kann scharfe Kanten mit relativ kleinem Krümmungsradius , beispielsweise kleiner als 10 pm, aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung besteht das Gehäuse aus einem Gehäusematerial , das ein reflektierendes Material enthält . Beispielsweise kann das Gehäuse als Reflektor ausgebildet sein . Das Gehäuse kann dafür vorgesehen sein, Strahlung, die an der zumindest einen Seitenfläche des Halbleiterchips emittiert wird, mit einer Ref lektivität von mindestens 50% zu reflektieren . Dabei kann ein Teil der Strahlung in Richtung der Vertiefung umgelenkt werden . Beispielsweise kann der zumindest eine Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge , die im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegt , emittieren .
Das reflektierende Material kann beispielsweise Partikel aus TiO2 und/oder ZrO2 aufweisen . Eine mittlere Partikelgröße beträgt dabei mit Vorteil höchstens 1 pm, wobei unter der mittleren Partikelgröße der Medianwert zu verstehen ist . Partikel dieser Größe lassen sich mittels Vakuum-Spritzgusses gut verarbeiten .
Weiterhin kann das Gehäusematerial ein Kunststof fmaterial enthalten . Als Kunststof fmaterial kommt beispielsweise Silikon in Frage . Das reflektierende Material beziehungsweise die Partikel können in dem Kunststof fmaterial homogen verteilt sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist in der Vertiefung eine Füllmasse angeordnet . Die Füllmasse kann die Vertiefung vollständig aus füllen und ragt dabei über eine Gehäuseoberseite , die auf einer vom Träger abgewandten Seite des Gehäuses angeordnet ist , vorzugsweise nicht hinaus . Beispielsweise enthält die Füllmasse ein Konvertermaterial , das zur Wellenlängenkonversion der Strahlung vorgesehen ist . Zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip ausgesandten Strahlung kann also durch die Füllmasse eine Änderung der Wellenlänge , beispielsweise eine Verschiebung zu größeren Wellenlängen, erfahren . Durch eine Überlagerung einer vom Halbleiterchip kommenden Primärstrahlung mit einer von der Füllmasse kommenden Sekundärstrahlung ist es möglich, dass das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement weißes Licht , beispielsweise durch eine Kombination von blauer Primärstrahlung und gelber Sekundärstrahlung, oder farbiges Licht oder auch unsichtbare Strahlung emittiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung erstreckt sich die Vertiefung von der Gehäuseoberseite bis zur Strahlungsaustritts fläche des zumindest einen Halbleiterchips und endet an der Strahlungsaustritts fläche . Mit anderen Worten ragt die Vertiefung in Richtung des Trägers nicht über die Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterchips hinaus . Ferner ist es möglich, dass die Vertiefung den zumindest einen Halbleiterchip auf einer diesem zugewandten Seite seitlich nicht überragt . Mit anderen Worten kann die Vertiefung auf einer dem zumindest einen Halbleiterchip zugewandten Seite laterale Abmessungen aufweisen, die höchstens so groß sind wie die lateralen Abmessungen der Strahlungsaustritts fläche , wobei die lateralen Abmessungen parallel zur ersten Hauptfläche des Trägers bestimmt werden können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist der Träger eine Öf fnung auf , in welche sich das Gehäuse hineinerstreckt . Die Öf fnung kann also mit Gehäusematerial gefüllt sein . Es ist möglich, dass der Träger mehrere Öf fnungen aufweist , in welche sich das Gehäuse hineinerstreckt .
Beispielsweise erstreckt sich die Öf fnung von der ersten Hauptfläche des Trägers durch den Träger hindurch bis zur zweiten Hauptfläche des Trägers . Die Öf fnung kann bei der Herstellung des Gehäuses als Einfüllöf fnung für eine Formmasse des zu erzeugenden Gehäuses dienen . Für diesen Zweck erweist es sich als vorteilhaft , wenn die Öf fnung an der zweiten Hauptfläche kleiner ist als an der ersten Hauptfläche . Es ist j edoch auch möglich, dass die Öf fnung an der zweiten Hauptfläche größer ist als an der ersten Hauptfläche . Bei dieser Ausgestaltung kann das Gehäuse durch das in der Öf fnung angeordnete Gehäusematerial besonders gut im Träger verankert werden .
Die Öf fnung kann parallel zu einer Ebene , die senkrecht zur ersten Hauptfläche beziehungsweise zweiten Hauptfläche verläuft , einen trapez förmigen oder mehrstufigen Querschnitt aufweisen . Weiterhin kann die Öf fnung parallel zu einer Ebene , die parallel zur ersten Hauptfläche beziehungsweise zweiten Hauptfläche verläuft , einen kreis förmigen, elliptischen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist der Träger ein erstes Anschlusselement einer ersten Polarität und ein zweites Anschlusselement einer zweiten, von der ersten Polarität verschiedenen Polarität auf , wobei das zweite Anschlusselement durch einen beispielsweise elektrisch isolierenden Zwischenraum von dem ersten Anschlusselement beabstandet ist . Dabei kann die Öf fnung in dem Zwischenraum angeordnet sein . Die Öf fnung kann also platzsparend in einem ohnehin vorhandenen Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement angeordnet sein .
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen der oben genannten Art geeignet . Im Zusammenhang mit dem Strahlung emittierenden Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Verfahrens zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen umfasst dieses folgende Schritte :
- Bereitstellen eines Trägerverbunds ,
- Aufbringen von Strahlung emittierenden Halbleiterchips auf den Trägerverbund, wobei die Strahlung emittierenden Halbleiterchips j eweils eine Strahlungsaustritts fläche aufweisen,
- Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit Kavitäten,
- Anordnen des Trägerverbunds mit den darauf aufgebrachten Strahlung emittierenden Halbleiterchips relativ zum Formwerkzeug derart , dass in j eder Kavität zumindest ein Strahlung emittierender Halbleiterchip angeordnet wird,
- Befüllen der Kavitäten mit einer Formmasse zur Herstellung von Gehäusen, wobei die Strahlung emittierenden Halbleiterchips zur Herstellung von Vertiefungen in den Gehäusen an den Strahlungsaustritts flächen j eweils von einem Bestandteil des Formwerkzeugs abgedeckt werden, und wobei zur Herstellung eines Trenngrabens zwischen j eweils zwei benachbarten Gehäusen j eweils zwei benachbarte Kavitäten durch einen weiteren Bestandteil des Formwerkzeugs voneinander beabstandet sind,
- Zerteilung des Trägerverbunds mit den darauf aufgebrachten Strahlung emittierenden Halbleiterchips und den angeformten Gehäusen durch den j eweiligen Trenngraben hindurch, wobei Träger der Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente aus dem Trägerverbund vereinzelt werden, die j eweils eine erste Hauptfläche aufweisen, auf der zumindest ein Strahlung emittierender Halbleiterchip angeordnet ist , und wobei der Trenngraben j eweils so breit ausgebildet wird, dass eine an diesen angrenzende Gehäusewand eines Gehäuses nach der Vereinzelung zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung versetzt ist zu einem die erste Hauptfläche begrenzenden Rand des Trägers , an welchen das Gehäuse angeformt ist .
Beispielsweise können die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden .
Der betref fende Trenngraben kann eine Breite aufweisen, die dem doppelten lateralen Abstand der Gehäusewand zum Rand des Trägers entspricht . Beispielsweise kann die Breite des Trenngrabens mit zunehmender Tiefe abnehmen . Mit anderen Worten kann sich der Trenngraben in Richtung des Trägerverbunds verj üngen . Dementsprechend kann die Gehäusewand im fertigen Halbleiterbauelement schräg, das heißt weder rechtwinklig noch parallel , zur ersten Hauptfläche des Trägers verlaufen . Ferner kann der Trenngraben eine Tiefe aufweisen, die zumindest 50% einer Höhe der Gehäusewand entspricht . Dabei kann die Höhe einer vertikalen Ausdehnung entsprechen, die beispielsweise entlang einer quer, insbesondere senkrecht zur ersten Hauptfläche des Trägers verlaufenden vertikalen Richtung bestimmt wird .
Die Breite beziehungsweise Tiefe des Trenngrabens ist insbesondere so gewählt , dass bei der Vereinzelung kein beziehungsweise nur wenig Gehäusematerial , aus dem die Gehäuse j eweils gebildet sind, durchtrennt werden muss . Insbesondere ist der Trenngraben frei von Silikon . Dadurch kann die Vereinzelung ohne vorausgehende Schritte zur Beseitigung des Silikons in einem einstufigen Prozess , beispielsweise mittels Sägen, durchgeführt werden . Insbesondere weist die Formmasse dieselben Materialkomponenten wie das Gehäusematerial auf , die bereits weiter oben beschrieben wurden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung werden die Gehäuse mittels Vakuum-Spritzgusses (VIM) hergestellt . Hierbei kann die Formmasse in die Kavitäten, in welchen ein Vakuum erzeugt wird, eingespritzt werden . Ein beim Einspritzen vorherrschender Fülldruck kann zwischen 0 , 1 und 0 , 5 bar betragen . Mittels des Vakuum-Spritzgusses ist es möglich, kleine Gehäusegrößen mit hoher Präzision zu realisieren, so dass entsprechend kleine Bauteilgrößen realisiert werden können . Ein weiterer Vorteil ist , dass die Bildung von Luftblasen, welche die Gehäuse in der Regel brüchig machen, verhindert werden kann, so dass die Gehäuse und entsprechend auch die Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente vergleichsweise stabil sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung werden Bestandteile des Formwerkzeugs , welche die Kavitäten begrenzen, mittels additiver Fertigung hergestellt . Mittels der additiven Fertigung ist es möglich, Kavitäten mit komplexerer Geometrie und entsprechend auch Gehäuse mit komplexerer Geometrie zu realisieren . Beispielsweise können die Bestandteile des Formwerkzeugs , welche die Kavitäten begrenzen, Polydimethylsiloxan ( PDMS ) enthalten oder daraus bestehen . Oberflächen der durch PDMS gebildeten Bestandteile zeichnen sich durch eine hohe Oberflächengüte aus .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung wird in die Vertiefungen mittels eines Dispensers eine Füllmasse eingebracht . Wie bereits oben erwähnt kann die Füllmasse ein Konvertermaterial enthalten . Die Füllmasse kann darüber hinaus die weiter oben beschriebenen strukturellen Eigenschaften und Materialeigenschaften aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist der Trägerverbund Öf fnungen auf , wobei zumindest eine Öf fnung j edem zu vereinzelnden Träger zugeordnet ist . Die Formmasse kann durch die Öf fnungen in die Kavitäten eingebracht werden . Die Öf fnungen können also , wie bereits weiter oben näher erläutert , als Einfüllöf fnungen dienen und die weiter oben beschriebenen strukturellen Merkmale aufweisen . Beim Befüllen der Kavitäten können die Öf fnungen zugleich mit Formmasse ausgefüllt werden, so dass die Gehäuse j eweils in die zugehörigen Öf fnungen hineinragen und damit in den Trägern verankert werden können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst das Bereitstellen des Trägerverbunds einen Schritt des Bereitstellens eines Trägerkörpers , der Ausnehmungen aufweist . Beispielsweise kann es sich bei dem Trägerkörper um einen Leiterrahmenverbund, einen Verbund aus bedruckten Leiterplatten oder einen Verbund aus Keramiksubstraten handeln . Ein Teil der Ausnehmungen kann dafür vorgesehen sein, in den vereinzelten Trägern Zwischenräume zwischen Anschlusselementen verschiedener Polarität aus zubilden . Ein weiterer Teil der Ausnehmungen kann dafür vorgesehen sein, die Anschlusselemente benachbarter, zu vereinzelnder Träger durch Zwischenräume voneinander zu trennen .
Weiterhin kann das Bereitstellen des Trägerverbunds einen Schritt des Einbringens eines Grundmaterials in die Ausnehmungen aufweisen . Beispielsweise wird das Grundmaterial mittels Vakuum-Spritzgusses (VIM) in die Ausnehmungen eingebracht . Das Grundmaterial kann sich von der Formmasse unterscheiden, aus dem die Gehäuse hergestellt werden . Bei dem Grundmaterial kann es sich um ein Kunststof fmaterial , beispielsweise ein Epoxy, handeln . Das Epoxy ist im Vergleich zu Silikon hart , so dass die Vereinzelung der Träger durch Epoxy-gefüllte Ausnehmungen hindurch in vereinfachter Weise , beispielsweise durch einen Sägeprozess , erfolgen kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung werden die Öf fnungen in dem Grundmaterial eines Teils der Ausnehmungen erzeugt . Das Grundmaterial kann durch einen Formprozess , beispielsweise mittels des Vakuum-Spritzgusses , mit einer für die Öf fnungen geeigneten Form, die beispielsweise für eine Einfüllöf fnung oder Verankerungsstruktur geeignet ist , versehen werden .
Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement ist beispielsweise für die Allgemeinbeleuchtung und die Beleuchtung in Fahrzeugen geeignet .
Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figur 1A eine schematische Querschnittsansicht und Figur 1B eine schematische Draufsicht eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 2A eine schematische Querschnittsansicht und Figur 2B eine schematische Draufsicht eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten
Aus führungsbeispiel ,
Figuren 3 bis 5 schematische Draufsichten von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Aus führungsbeispielen,
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figuren 7A bis 7E , 8 bis 16 , 17A und 17B sowie 18 schematische Querschnitts- und Draufsichten von Verfahrensschritten eines Verfahrens beziehungsweise möglicher Varianten zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen .
In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Anhand der Figuren 1A und 1B wird ein erstes Aus führungsbeispiel eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 näher erläutert . Figur 1A zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts des Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 entlang der in Figur 1B dargestellten Linie A-A. Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Träger 2 und einen Halbleiterchip 10 , der auf einer ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 angeordnet ist .
Der Träger 2 umfasst ein Trägersubstrat 4 mit einem ersten Anschlusselement 5 einer ersten Polarität und einem zweiten Anschlusselement 6 einer zweiten Polarität , wobei das erste und zweite Anschlusselement 5 , 6 durch einen elektrisch isolierenden Zwischenraum 7 voneinander beabstandet sind . Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägersubstrat 4 um ein metallisches Substrat , zum Beispiel um einen Leiterrahmen, wobei die Anschlusselemente 5 , 6 Teile des Leiterrahmens sind . Es ist j edoch auch möglich, dass der Träger 2 eine bedruckte Leiterplatte ( PCB ) oder ein Keramiksubstrat aufweist . Das erste und zweite Anschlusselement 5 , 6 bilden Elektroden des Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 , die zur elektrischen Kontaktierung des Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 von außen an seiner Rückseite 1B, die durch eine zweite Hauptfläche 2B des Trägers 2 gebildet werden kann, vorgesehen sind .
Der Träger 2 weist außerdem ein Grundmaterial 8 auf , das in dem Zwischenraum 7 angeordnet ist und das Trägersubstrat 4 an Seitenflächen 4C, die das Trägersubstrat 4 seitlich begrenzen, bedeckt . Bei dem Grundmaterial 8 kann es sich um ein elektrisch isolierendes Material , zum Beispiel um ein Kunststof fmaterial wie etwa ein Epoxy, das sich zugleich durch eine höhere Härte als beispielsweise Silikon aus zeichnet , handeln .
Bei dem Halbleiterchip 10 kann es sich um einen
Oberflächenemitter handeln, der einen elektrischen Kontakt 14 an seiner vom Träger 2 abgewandten Oberseite und einen elektrischen Kontakt (nicht dargestellt ) an seiner dem Träger 2 zugewandten Unterseite aufweist . Es ist j edoch auch möglich, dass als Halbleiterchip 10 ein Volumenemitter oder FlipChip verwendet wird . Ferner ist es möglich, dass das Halbleiterbauelement 1 weitere Halbleiterchips , beispielsweise eine ESD (Electrostatic Discharge ) -Schutzdiode und/oder anders farbige Leuchtdioden, umfasst . Dementsprechend kann das Halbleiterbauelement 1 weitere Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips aufweisen .
Der Halbleiterchip 10 ist an einer dem Träger 2 zugewandten Bodenfläche 10B durch ein Verbindungsmittel 16 , beispielsweise eine Lotschicht oder Klebeschicht , mit dem zweiten Anschlusselement 6 mechanisch und auch elektrisch verbunden . Ferner ist der Halbleiterchip 10 an der Oberseite beziehungsweise an einer Strahlungsaustritts fläche 10A, die sich auf einer vom Träger 2 abgewandten Seite befindet , mittels eines an dem Kontakt 14 angeordneten Verbindungsmittels 15 , beispielsweise eines Bonddrahtes , mit dem ersten Anschlusselement 5 verbunden .
Der Halbleiterchip 10 weist einen ersten Halbleiterbereich 11 einer ersten Leitfähigkeit , beispielsweise einer p- Leitf ähigkeit , und einen zweiten Halbleiterbereich 13 einer zweiten Leitfähigkeit , beispielsweise einer n-Leitf ähigkeit , und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 11 , 13 angeordnete aktive Zone 12 auf , die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung beispielsweise mit einer Wellenlänge im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich vorgesehen ist . Der erste Halbleiterbereich 11 befindet sich auf einer vom Träger 2 abgewandten Seite der aktiven Zone 12 und kann mittels des oberseitigen Kontakts 14 elektrisch kontaktiert werden, während der zweite Halbleiterbereich 13 auf einer dem Träger 2 zugewandten Seite der aktiven Zone 12 angeordnet ist und mittels des unterseitigen Kontakts elektrisch kontaktiert werden kann . Es ist j edoch auch möglich, dass der p-leitende Halbleiterbereich trägerseitig und der n-leitende Bereich auf einer vom Träger 2 abgewandten Seite angeordnet ist .
Wie bereits weiter oben erwähnt , können der erste und zweite Halbleiterbereich 11 , 13 sowie die aktive Zone 12 j eweils aus einer oder mehreren Halbleiterschichten gebildet sein, wobei es sich bei den Halbleiterschichten um epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichten handeln kann, und das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichten im Halbleiterchip 10 verbleiben oder zumindest teilweise abgelöst werden kann . Für die Halbleiterbereiche 11 , 12 , 13 beziehungsweise Halbleiterschichten des Halbleiterchips 10 kommen beispielsweise auf Arsenid- , Phosphid- oder Nitrid- Verbindungshalbleitern basierende Materialien, wie weiter oben näher ausgeführt , in Betracht .
Ferner weist das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 ein Gehäuse 17 auf . Das Gehäuse 17 ist an den Träger 2 und den Halbleiterchip 10 angeformt . Das Gehäuse 17 kann also ohne zusätzliche Verbindungsmittel wie etwa Haftmittel mit dem Träger 2 und dem Halbleiterchip 10 mechanisch verbunden sein und sich in Bereichen, in denen es angeformt ist , an den Träger 2 beziehungsweise den Halbleiterchip 10 anschmiegen .
Der Träger 2 umfasst mehrere Seitenflächen 2C, die j eweils die erste Hauptfläche 2A mit der zweiten, der ersten Hauptfläche 2A gegenüberliegenden Hauptfläche 2B verbinden . Die Seitenflächen 2C des Trägers 2 sowie die zweite Hauptfläche 2B sind von dem Gehäuse 17 unbedeckt . Die unbedeckten Oberflächen 2C, 2B des Trägers 2 ermöglichen eine gute Wärmeabfuhr .
Ferner umfasst der Halbleiterchip 10 mehrere Seitenflächen I OC, die j eweils die Strahlungsaustritts fläche 10A mit der Bodenfläche 10B verbinden . Die Seitenflächen I OC sind von dem Gehäuse 17 bedeckt , wobei sich das Gehäuse 17 von der ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 über die Seitenflächen I OC des Halbleiterchips 10 über die Strahlungsaustritts fläche 10A des Halbleiterchips 10 hinaus erstreckt . In anderen Worten kann das Gehäuse 17 den Halbleiterchip 10 in einer vertikalen Richtung V, die senkrecht zu einer ersten und einer zweiten lateralen Richtung LI , L2 verläuft (vgl . Figuren 1A und 1B ) , überragen . Die erste und zweite laterale Richtung LI , L2 spannen eine Ebene auf , zu welcher die erste Hauptfläche 2A parallel angeordnet ist . Die Strahlungsaustritts fläche 10A kann von dem Gehäuse 17 teilweise bedeckt sein .
Das Gehäuse 17 wird durch mehrere Gehäusewände 17C seitlich begrenzt , wobei die Gehäusewände 17C j eweils eine vom Träger 2 abgewandte Gehäuseoberseite 17A mit einer dem Träger 2 zugewandten Gehäuseunterseite 17B verbinden und bereichsweise quer zur Gehäuseoberseite 17A und Gehäuseunterseite 17B verlaufen .
Die Gehäusewände 17c sind j eweils abschnittsweise gegenüber einem die erste Hauptfläche 2A begrenzenden Rand 3 des Trägers 2 seitlich nach innen in Richtung zu einem Mittelpunkt des Gehäusen 17 versetzt . Mit anderen Worten weisen die Gehäusewände 17C bei einer senkrechten Proj ektion auf die erste Hauptfläche 2A des Trägers 2 j eweils bereichsweise einen lateralen Abstand a zum Rand 3 des Trägers 2 auf . Der Rand 3 des Trägers 2 steht bei einer senkrechten Proj ektion auf die erste Hauptfläche 2A des Trägers 2 seitlich über die Gehäusewände 17c über . Der laterale Abstand a wird parallel zu der Ebene bestimmt , die durch die erste und zweite laterale Richtung LI , L2 aufgespannt wird . Der laterale Abstand a ist größer als Null und beträgt beispielsweise höchstens 20 pm . Der laterale Abstand a kann in vertikaler Richtung V stetig zunehmen, so dass die Gehäusewände 17C in einem Winkel größer als 0 ° und kleiner als 90 ° zur ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 verlaufen . In einem an der ersten Hauptfläche 2A angeordneten Bereich können die Gehäusewände 17C ohne Abstand beziehungsweise mit Abstand a = 0 zum Trägerrand 3 angeordnet sein, so dass das Gehäuse 17 bündig mit dem Träger 2 abschließt .
Der laterale Abstand a ergibt sich aus Trenngräben 33 (vgl . Figur 16 ) , die bei der Herstellung im Verbund zwischen benachbarten Gehäusen 17 vorgesehen werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren näher erläutert wird .
Das Gehäuse 17 weist eine Vertiefung 18 auf , die sich von der Gehäuseoberseite 17A bis zur Strahlungsaustritts fläche 10A des Halbleiterchips 10 erstreckt und an der Strahlungsaustritts fläche 10A endet , wobei sich die Vertiefung 18 in Richtung des Halbleiterchips 10 verj üngt . Die Vertiefung 18 ist so ausgebildet , dass sie den Halbleiterchip 10 auf einer diesem zugewandten Seite seitlich nicht überragt . Mit anderen Worten kann die Vertiefung 18 auf einer dem Halbleiterchip 10 zugewandten Seite eine erste laterale Abmessung (nicht dargestellt ) und zweite laterale Abmessung cl aufweisen, die höchstens so groß sind wie die ersten und zweiten lateralen Abmessungen c2 , b2 (vgl . Figur 1B ) der Strahlungsaustritts fläche 10A. Die ersten lateralen Abmessungen cl , c2 werden parallel zur ersten lateralen Richtung LI und die zweiten lateralen Abmessungen parallel zur zweiten lateralen Richtung L2 bestimmt .
Die Gehäusewände 17c sind j eweils abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung 18 versetzt zu dem die erste Hauptfläche 2A begrenzenden Rand 3 des Trägers 2 .
Vorzugsweise ist das Gehäuse 17 ein mittels Vakuum- Spritzgusses (VIM) angeformtes Gehäuse , wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren näher erläutert wird . Das mittels Vakuum-Spritzgusses erzeugte Gehäuse 17 kann zum Beispiel j eweils am Übergang von der Gehäuseoberseite 17A zu den Gehäusewänden 17C sowie am Übergang von der Gehäuseoberseite 17A zu der Vertiefung 18 scharfe Kanten mit relativ kleinem Krümmungsradius , beispielsweise kleiner als 10 pm, aufweisen .
Das Gehäuse 17 dient als Reflektor und ist aus einem Gehäusematerial gebildet , das ein reflektierendes Material enthält . Das reflektierende Material kann beispielsweise Partikel aus TiO2 und/oder ZrO2 aufweisen . Eine mittlere Partikelgröße beträgt dabei mit Vorteil höchstens 1 pm, wobei unter der mittleren Partikelgröße der Medianwert zu verstehen ist . Partikel dieser Größe lassen sich mittels Vakuum- Spritzgusses (VIM) gut verarbeiten . Weiterhin kann das Gehäusematerial ein Kunststof fmaterial enthalten . Als Kunststof fmaterial kommt beispielsweise Silikon in Frage . Das reflektierende Material beziehungsweise die Partikel können in dem Kunststof fmaterial homogen verteilt sein . Das Gehäusematerial kann sich von dem Grundmaterial 8 unterscheiden .
Das Gehäuse 17 ist dafür vorgesehen, Strahlung, die an den Seitenflächen I OC des Halbleiterchips 10 emittiert wird, mit einer Ref lektivität von mindestens 50 % zu reflektieren . Dabei kann ein Teil der Strahlung in Richtung der Vertiefung 18 beziehungsweise einer Vorderseite 1A des Halbleiterbauelements 1 , die teilweise durch die Gehäuseoberseite 17A gebildet wird, umgelenkt werden .
In der Vertiefung 18 ist eine Füllmasse 19 angeordnet , welche die Vertiefung 18 vollständig aus füllt . Dabei ragt die Füllmasse 19 nicht über die Gehäuseoberseite 17A hinaus . Die Füllmasse 19 kann ein Konvertermaterial enthalten, das zur Wellenlängenkonversion der vom Halbleiterchip 10 erzeugten Primärstrahlung vorgesehen ist , so dass zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip 10 ausgesandten Strahlung durch die Füllmasse 19 eine Änderung der Wellenlänge , beispielsweise eine Verschiebung zu größeren Wellenlängen, erfährt . Durch eine Überlagerung der Primärstrahlung mit einer von der Füllmasse 19 kommenden Sekundärstrahlung kann das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 weißes Licht , beispielsweise durch eine Kombination von blauer Primärstrahlung und gelber Sekundärstrahlung, j edoch auch farbiges Licht oder unsichtbare Strahlung emittieren . Beispielsweise handelt es sich bei der Vorderseite 1A um die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements 1 .
Das mittels Vakuum-Spritzgusses (VIM) erzeugte Gehäuse 17 ermöglicht beim Gehäuse 17 selbst und auch bei dem Strahlung emittierenden Halbleiterbauelement 1 vorteilhaft kleine Dimensionen . Beispielsweise kann das Gehäuse 17 in Bereichen, in welchen es die Vertiefung 18 umrandet , größtenteils mit einer mittleren Dicke d von etwa 0 , 1 mm ausgebildet sein . Ferner kann eine Leuchtf läche , die in ihrer Dimension einer ersten lateralen Abmessung c3 und einer zweiten lateralen Abmessung b3 der Vertiefung 18 an der Vorderseite 1A entsprechen kann (vgl . Figur 1B ) , eine Größe von c3 ~ 1 , 4 mm und b3 ~ 1 , 4 mm aufweisen . Eine kleine Leuchtfläche lässt sich durch optische Systeme besser abbilden . Die Leuchtfläche kann kleiner sein als die Strahlungsaustritts fläche 10A, so dass die Leuchtdichte erhöht wird . Ferner kann das Halbleiterbauelement 1 eine erste laterale Abmessung c = 2 mm und eine zweite laterale Abmessung b = 1 , 6 mm aufweisen, wobei herstellungsbedingt Abweichungen von ± 10 % auftreten können .
Anhand der Figuren 2A und 2B wird ein zweites Aus führungsbeispiel eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 näher erläutert . Figur 2A zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts des Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 entlang der in Figur 2B dargestellten Linie A-A.
Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Träger 2 , einen auf dem Träger 2 angeordneten Halbleiterchip 10 sowie ein an den Träger 2 und den Halbleiterchip 10 angeformtes Gehäuse 17 . Alle Gehäusewände 17C sind bereits an der ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 seitlich nach innen versetzt gegenüber dem Rand 3 des Trägers 2 und weisen einen lateralen Abstand a zum Trägerrand 3 auf , der größer als Null ist . Der laterale Abstand a kann in der vertikalen Richtung V stetig zunehmen, so dass die Gehäusewände 17C in einem Winkel größer als 0 ° und kleiner als 90 ° zur ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 verlaufen . Durch die laterale Beabstandung aller Gehäusewände 17C weist der Träger 2 entlang des Trägerrands 3 an der ersten Hauptfläche 2A einen von Gehäusematerial unbedeckten Randbereich auf , der bei der Vereinzelung aus einem Verbund mangels Gehäusematerial leichter durchtrennt werden kann .
Der Träger 2 weist eine Öf fnung 9 auf , in welche sich das Gehäuse 17 hineinerstreckt , so dass die Öf fnung 9 mit Gehäusematerial gefüllt ist . Beispielsweise dient die Öf fnung 9 bei der Herstellung des Gehäuses 17 als Einfüllöf fnung, durch welche eine Formmasse in eine Kavität eingebracht wird . Es ist möglich, dass der Träger 2 mehrere Öf fnungen 9 aufweist , in welche sich das Gehäuse 17 hineinerstreckt (nicht dargestellt ) .
Die Öf fnung 9 erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 durch den Träger 2 hindurch bis zur zweiten Hauptfläche 2B des Trägers 2 . Die Öf fnung 9 ist an der zweiten Hauptfläche 2B größer als an der ersten Hauptfläche 2A und weist parallel zu einer durch die vertikale Richtung V und erste laterale Richtung LI auf gespannten Ebene einen vieleckigen mehrstufigen Querschnitt auf (vgl . Figur 2A) . Durch die sich zur zweiten Hauptfläche 2B hin weitende Öf fnung 9 kann das darin angeordnete Gehäusematerial und somit das Gehäuse 17 insgesamt besonders gut im Träger 2 verankert werden . Weiterhin kann die Öf fnung 9 parallel zu einer durch die erste laterale Richtung LI und die zweite laterale Richtung L2 auf gespannten Ebene einen kreis förmigen Querschnitt aufweisen (vgl . Figur 2B ) .
Die Öf fnung 9 ist platzsparend in dem ohnehin vorhandenen
Zwischenraum 7 zwischen dem ersten und zweiten
Anschlusselement 5 , 6 angeordnet . Dabei ist das in der Öf fnung 9 angeordnete Gehäusematerial in das Grundmaterial 8 , das in dem Zwischenraum 7 angeordnet ist , eingebettet .
Das in Verbindung mit den Figuren 2A und 2B beschriebene Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 kann darüber hinaus sämtliche in Verbindung mit den weiteren Aus führungsbeispielen genannte Merkmale und Vorteile aufweisen .
Anhand der Figuren 3 und 4 werden weitere Aus führungsbeispiele eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 näher erläutert .
Wie in Figur 3 dargestellt ist , kann die Leuchtf läche , die in ihrer Dimension der ersten lateralen Abmessung c3 und der zweiten lateralen Abmessung b3 der Vertiefung 18 an der Vorderseite 1A entsprechen kann, ähnlich groß sein wie die Strahlungsaustritts fläche 10A des Halbleiterchips 10 . Im Vergleich zu den vorhergehenden Aus führungsbeispielen, bei welchen die Leuchtfläche kleiner ist als die Strahlungsaustritts fläche 10A, kann hierbei der Lichtstrom gesteigert werden .
Wie in Figur 4 dargestellt ist , kann die Leuchtf läche , die in ihrer Dimension der ersten lateralen Abmessung c3 und der zweiten lateralen Abmessung b3 der Vertiefung 18 an der Vorderseite 1A entsprechen kann, auch größer sein als die Strahlungsaustritts fläche 10A des Halbleiterchips 10 , so dass grundsätzlich sämtlichen Kundenanforderungen an die Größe der Leucht fläche Rechnung getragen werden kann .
Die in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen
Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente 1 können darüber hinaus sämtliche in Verbindung mit den weiteren Aus führungsbeispielen genannte Merkmale und Vorteile aufweisen .
Anhand der Figur 5 wird ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 näher erläutert . Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Träger 2 mit einer Öf fnung 9 , die parallel zu einer durch die erste laterale Richtung LI und die zweite laterale Richtung L2 auf gespannten Ebene einen elliptischen Querschnitt aufweist . Weiterhin kann die Öf fnung 9 parallel zu einer durch die vertikale Richtung V (vgl . hierzu Figur 6 ) und die erste laterale Richtung LI auf gespannten Ebene einen trapez förmigen oder mehrstufigen Querschnitt aufweisen . Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 kann darüber hinaus sämtliche in Verbindung mit den weiteren Aus führungsbeispielen genannte Merkmale und Vorteile aufweisen .
Anhand der Figur 6 wird ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements 1 näher erläutert . Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Träger 2 mit einer Öf fnung 9 , die an der zweiten Hauptfläche 2B kleiner ist als an der ersten Hauptfläche 2A und parallel zu einer durch die vertikale Richtung V und die erste laterale Richtung LI auf gespannten Ebene einen mehrstufigen Querschnitt aufweist . Die Öf fnung 9 eignet sich bei der Herstellung des Gehäuses 17 besonders gut als Einfüllöf fnung, durch welche eine Formmasse in eine Kavität eingebracht wird . Das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 kann darüber hinaus sämtliche in Verbindung mit den weiteren Aus führungsbeispielen genannte Merkmale und Vorteile aufweisen . Anhand der Figuren 7 bis 18 wird ein Verfahren zur Herstellung Strahlung emittierender Halbleiterbauelemente 1 , wie beispielsweise in Verbindung mit den vorausgehenden Figuren näher erläutert , beschrieben . Ferner werden mögliche Varianten des Verfahrens beschrieben .
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Trägerverbunds 20 , der einen Trägerkörper 21 und ein Grundmaterial 8 aufweist (vgl . Figur 7E ) . Das Bereitstellen des Trägerverbunds 20 kann dabei einen Schritt des Bereitstellens des Trägerkörpers 21 , der Ausnehmungen 22A, 22B aufweist , umfassen (vgl . Figur 7A) . Durch die Ausnehmungen 22A, 22B kann der Trägerkörper 21 voneinander getrennte Bereiche aufweisen, die durch eine Stützstruktur 23 zusammengehalten werden können . Beispielsweise kann es sich bei dem Trägerkörper 21 um einen Leiterrahmenverbund handeln . Es ist j edoch auch möglich, dass es sich bei dem Trägerkörper 21 um einen Verbund aus bedruckten Leiterplatten oder einen Verbund aus Keramiksubstraten handelt . Die Ausnehmungen 22A können dafür vorgesehen sein, in Trägern 2 , die aus dem Trägerverbund 20 vereinzelt werden, Zwischenräume 7 zwischen Anschlusselementen 5 , 6 verschiedener Polarität aus zubilden
(vgl . Figur 7E ) . Die Ausnehmungen 22B können dafür vorgesehen sein, die Anschlusselemente 5 , 6 verschiedener zu vereinzelnder Träger 2 durch Zwischenräume voneinander zu trennen .
Weiterhin kann das Bereitstellen des Trägerverbunds 20 einen Schritt des Einbringens des Grundmaterials 8 in die Ausnehmungen 22A, 22B aufweisen (vgl . Figur 7C ) . Beispielsweise wird das Grundmaterial 8 mittels Vakuum- Spritzgusses in die Ausnehmungen 22A, 22B eingebracht , wobei ein Formwerkzeug 24 mit einer ersten Werkzeughäl fte 25 und einer zweiten Werkzeughäl fte 26 bereitgestellt wird, zwischen welchen der Trägerkörper 21 angeordnet wird, so dass eine erste Oberfläche 21A des Trägerkörpers 21 von der ersten Werkzeughäl fte 25 und eine zweite Oberfläche 21B des Trägerkörpers 21 von der zweiten Werkzeughäl fte 26 bedeckt wird (vgl . Figur 7B ) . In dem Formwerkzeug 24 wird ein Vakuum E erzeugt und das Grundmaterial 8 bei einem Fülldruck F, beispielsweise zwischen 0 , 1 und 0 , 5 bar, in die Ausnehmungen 22A, 22B eingespritzt . Das Einspritzen kann bei Raumtemperatur erfolgen . Das Grundmaterial 8 kann sich von der Formmasse 32 unterscheiden, aus dem die Gehäuse hergestellt werden . Bei dem Grundmaterial 8 kann es sich um ein Kunststof fmaterial , beispielsweise ein Epoxy, handeln . Das Epoxy ist im Vergleich zu Silikon hart , so dass eine spätere Vereinzelung der Träger 2 durch die Epoxy-gefüllten Ausnehmungen 22B hindurch in vereinfachter Weise , beispielsweise durch einen Sägeprozess , erfolgen kann .
Die erste Werkzeughäl fte 25 kann flach ausgebildet sein . Die zweite Werkzeughäl fte 26 kann ebenfalls flach ausgebildet sein oder hervorstehende Bestandteile 26A aufweisen (vgl . Figur 7B ) , falls beispielsweise in den zu vereinzelnden Trägern 2 Öf fnungen 9 erzeugt werden sollen (vgl . Figur 7E ) . Die hervorstehenden Bestandteile 26A können j eweils in eine Ausnehmung 22A eingrei fen, so dass die Ausnehmungen 22A von dem Grundmaterial 8 nur teilweise ausgefüllt werden, während die Ausnehmungen 22B vollständig ausgefüllt werden (vgl . Figur 7C ) . Beispielsweise können die Werkzeughäl ften 25 , 26 mittels additiver Fertigung hergestellt werden, so dass auch komplexere Geometrien wie etwa bei den hervorstehenden Bestandteilen 26A, die den Öf fnungen 9 ihre Form, die beispielsweise für eine Einfüllöf fnung oder Verankerungsstruktur geeignet ist , verleihen, realisiert werden können . Beispielsweise können die Werkzeughäl ften 25 , 26 Polydimethylsiloxan ( PDMS ) aufweisen oder daraus bestehen .
Wie in Figur 7D durch Sternen-Symbole angedeutet wird, kann das Grundmaterial 8 durch die Einwirkung von Licht , beispielsweise UV-Licht , gehärtet werden . Darüber hinaus kann das Grundmaterial 8 auch noch nach dem Entformen (vgl . 7E ) thermisch gehärtet werden .
Nach dem Bereitstellen des Trägerverbunds 20 werden auf diesen Strahlung emittierende Halbleiterchips 10 aufgebracht , wobei die Strahlung emittierenden Halbleiterchips 10 j eweils eine Strahlungsaustritts fläche 10A aufweisen, die auf einer vom Trägerverbund 20 abgewandten Seite angeordnet ist (vgl . Figur 8 ) . Beispielsweise wird j eweils ein Halbleiterchip 10 auf einem zweiten Anschlusselement 6 montiert und mittels eines Verbindungsmittels 15 mit einem benachbarten ersten Anschlusselement 5 verbunden .
Zur Herstellung von Gehäusen 17 (vgl . Figuren 1 bis 6 ) umfasst das Verfahren ferner das Bereitstellen eines weiteren Formwerkzeugs 27 mit Kavitäten 28 und das Anordnen des Trägerverbunds 20 mit den darauf aufgebrachten Halbleiterchips 10 relativ zum Formwerkzeug 27 derart , dass in j eder Kavität 28 ein Halbleiterchip 10 angeordnet wird (vgl . Figur 9 ) . Ferner kann das Formwerkzeug 27 , falls der Trägerverbund 20 Öf fnungen 9 aufweist , Kanäle 29 umfassen, die sich nach dem Einbringen des Trägerverbunds 20 in das Formwerkzeug 27 auf einer von den Halbleiterchips 10 abgewandten Rückseite 20B des Trägerverbunds 20 befinden und zu den Öf fnungen 9 hin of fen sind . Beispielsweise kann das Formwerkzeug 27 eine erste Werkzeughäl fte 30 mit den Kavitäten 28 und eine zweite Werkzeughäl fte 31 mit den Kanälen 29 aufweisen, wobei der Trägerverbund 20 mit den darauf angeordneten Halbleiterchips 10 zwischen die beiden Werkzeughäl ften 30 , 31 eingelegt wird .
Das Formwerkzeug 27 beziehungsweise seine Bestandteile wie beispielsweise die erste Werkzeughäl fte 30 und die zweite Werkzeughäl fte 31 können mittels additiver Fertigung hergestellt werden . Dadurch ist es möglich, Kavitäten 28 und Kanäle 29 mit komplexerer Geometrie zu realisieren . Beispielsweise können die Werkzeughäl ften 30 , 31 Polydimethylsiloxan ( PDMS ) enthalten oder daraus bestehen . Oberflächen der durch PDMS gebildeten Werkzeughäl ften 30 , 31 zeichnen sich durch eine hohe Oberflächengüte aus .
Das Verfahren umfasst weiterhin das Befüllen der Kavitäten 28 mit einer Formmasse 32 (vgl . Figur 10 ) zur Herstellung von Gehäusen 17 (vgl . Figuren 1 bis 6 ) , wobei die Halbleiterchips 10 zur Herstellung von Vertiefungen 18 in den Gehäusen 17 an den Strahlungsaustritts flächen 10A j eweils von einem Bestandteil 27A des Formwerkzeugs 27 abgedeckt werden, und wobei zur Herstellung eines Trenngrabens 33 zwischen j eweils zwei benachbarten Gehäusen 17 j eweils zwei benachbarte Kavitäten 28 durch einen weiteren Bestandteil 27B des Formwerkzeugs 27 voneinander beabstandet sind . Das Befüllen der Kavitäten 28 kann, falls der Trägerverbund 20 Öf fnungen 9 aufweist , mittels der Kanäle 29 von der Rückseite 20B aus erfolgen, wobei die Formmasse 32 in die Kanäle 29 eingebracht wird und von diesen durch die Öf fnungen 9 hindurch in die Kavitäten 28 gelangt (vgl . Pfeile ) . Auch die Öf fnungen 9 können mit Formmasse ausgefüllt werden, so dass die Gehäuse 17 j eweils in die zugehörigen Öf fnungen 9 hineinragen und damit in den Trägern 2 verankert werden können (vgl . Figur 16 ) .
Die Formmasse 32 weist dieselben Materialkomponenten wie das Gehäusematerial auf und kann dementsprechend ein Kunststof fmaterial , beispielsweise Silikon, und ein reflektierendes Material , beispielsweise Partikel aus Ti02 und/oder ZrO2 , enthalten .
Vorzugsweise werden die Gehäuse 17 mittels Vakuum- Spritzgusses (VIM) hergestellt . Hierbei wird die Formmasse 32 in die Kavitäten 28 , in welchen ein Vakuum E erzeugt wird, eingespritzt . Ein beim Einspritzen vorherrschender Fülldruck F kann zwischen 0 , 1 und 0 , 5 bar betragen . Mittels des Vakuum- Spritzgusses ist es möglich, kleine Gehäusegrößen mit hoher Präzision und scharfen Kanten, wie bereits in Verbindung mit den Figuren 1 bis 6 beschrieben, zu realisieren . Ein weiterer Vorteil ist , dass die Bildung von Luftblasen, welche die Gehäuse 17 in der Regel brüchig machen, verhindert werden kann, so dass die Gehäuse 17 und ebenso die Halbleiterbauelemente 1 vergleichsweise stabil sind .
Beim Befüllen der Kavitäten 28 mit der Formmasse 32 kann die zweite Oberfläche 21B des Trägerkörpers 21 in Bereichen der Anschlusselemente 5 , 6 von Bestandteilen des Formwerkzeugs 27 beziehungsweise der zweiten Werkzeughäl fte 31 bedeckt und damit vor der Formmasse 32 geschützt werden, damit die Anschlusselemente 5 , 6 nicht von einem elektrisch isolierenden Film bedeckt werden .
Wie aus Figur 11 hervorgeht , kann die zweite Werkzeughäl fte 31 , um die Anschlusselemente 5 , 6 vor der Formmasse 32 und damit vor einem elektrisch isolierenden Film zu schützen, zweiteilig ausgebildet sein und eine Grundplatte 31A und eine Zwischenplatte 31B aufweisen, wobei die Zwischenplatte 31B zwischen dem Trägerverbund 20 und der Grundplatte 31A angeordnet ist und zum Schutz die Rückseite 20B des Trägerverbunds 20 mit Ausnahme der Öf fnungen 9 bedeckt . Die Kanäle 29 verlaufen dabei zwischen der Grundplatte 31A und der Zwischenplatte 31B durch die Zwischenplatte 31B hindurch zu den Öf fnungen 9 . Die Grundplatte 31A und die Zwischenplatte 31B können j eweils aus PDMS mittels additiver Fertigung mit den weiter oben erwähnten Vorteilen hergestellt sein .
Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Härtens der in den Kavitäten 28 angeordneten Formmasse 32 aufweisen . Dies kann, wie durch ein Sternen-Symbol angedeutet , mittels UV- Licht erfolgen .
Wie in Figur 12 dargestellt , kann das Härten einseitig von einer Oberseite des Formwerkzeugs 27 aus , das heißt von der Seite der ersten Werkzeughäl fte 30 aus , durchgeführt werden . In diesem Fall kann beim Entfernen des Formwerkzeugs 27 in den Kanälen 29 ungehärtete Formmasse 32 Zurückbleiben, so dass auf diese Weise ungewollte Rückstände der Formmasse 32 an der Rückseite 20B des Trägerverbunds 20 entfernt werden können (vgl . Figur 13 ) .
Alternativ kann das Härten beidseitig von der Oberseite und einer Unterseite des Formwerkzeugs 27 aus , das heißt von der Seite der ersten Werkzeughäl fte 30 und der zweiten Werkzeughäl fte 31 aus , erfolgen . In diesem Fall wird die Formmasse 32 in den Kanälen 29 gehärtet . Die zweite Werkzeughäl fte 31 weist eine Klebefolie 31C auf , welche an der gehärteten Formmasse 32 haftet , so dass die gehärtete Formmasse 32 beim Entfernen der zweiten Werkzeughäl fte 31 mitentfernt wird (vgl . Figur 14 ) .
Alternativ kann das Härten beidseitig von der Oberseite und der Unterseite des Formwerkzeugs 27 aus , das heißt von der Seite der ersten Werkzeughäl fte 30 und der zweiten Werkzeughäl fte 31 aus , ohne Klebefolie erfolgen, so dass , wie in Figur 15 dargestellt , beim Entfernen des Formwerkzeugs 27 Rückstände der Formmasse 32 an der Rückseite 20B des Trägerverbunds 20 verbleiben, die anschließend entfernt werden, so dass der Trägerverbund 20 an der Rückseite 20B keine Rückstände mehr aufweist (vgl . Figur 16 ) .
Wie in Figur 16 dargestellt ist , sind nach dem Entfernen des Formwerkzeugs 27 an einer der Rückseite 20B gegenüberliegenden Vorderseite 20A des Trägerverbunds 20 mehrere Gehäuse 17 angeordnet , die j eweils an einen Halbleiterchip 10 und den Trägerverbund 20 angeformt sind und eine Vertiefung 18 aufweisen . Zwischen zwei benachbarten Gehäusen 17 befindet sich j eweils ein Trenngraben 33 , der so breit ausgebildet ist , dass eine an diesen angrenzende Gehäusewand 17C eines Gehäuses 17 nach der Vereinzelung zumindest abschnittsweise seitlich nach innen versetzt ist gegenüber einem die erste Hauptfläche 2A begrenzenden Rand 3 des Trägers 2 , an welchen das Gehäuse 17 angeformt ist (vgl . Figuren 1 bis 6 ) .
Der Trenngraben 33 weist eine Breite w auf , die dem doppelten lateralen Abstand a der Gehäusewand 17C zum Rand 3 des Trägers 2 (vgl . Figuren 1 bis 6 ) entspricht . Beispielsweise kann die Breite w des Trenngrabens 33 mit zunehmender Tiefe , das heißt entgegengesetzt zur vertikalen Richtung V, abnehmen . Der Trenngraben 33 kann sich also in Richtung des Trägerverbunds 20 verj üngen . Dementsprechend kann die Gehäusewand 17C im fertigen Halbleiterbauelement 1 schräg, das heißt weder rechtwinklig noch parallel , zur ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 verlaufen . Ferner kann der Trenngraben 33 eine Tiefe t aufweisen, die zumindest 50 % einer Höhe der Gehäusewand entspricht , wobei die Tiefe eine Abmessung entlang der negativen vertikalen Richtung V und die Höhe eine Abmessung entlang der negativen vertikalen Richtung V angibt .
Die Breite w beziehungsweise Tiefe t des Trenngrabens 33 ist insbesondere so gewählt , dass bei der Vereinzelung kein beziehungsweise nur wenig Gehäusematerial , aus dem die Gehäuse 17 j eweils gebildet sind, durchtrennt werden muss . Insbesondere ist der Trenngraben 33 frei von Silikon . Dadurch kann die Vereinzelung ohne vorausgehende Schritte zur Beseitigung des Silikons in einem einstufigen Prozess , beispielsweise mittels Sägen, durchgeführt werden .
Wie in Figur 17B in einer schematischen Draufsicht und in Figur 17A in einer schematischen Ansicht eines Querschnitts entlang der in Figur 17B gezeigten Linie A-A dargestellt ist , kann das Verfahren einen Schritt des Einbringens einer Füllmasse 19 in die Vertiefungen 18 umfassen . Beispielsweise kann die Füllmasse 19 mittels eines Dispensers in die Vertiefungen 18 eingebracht werden . Wie bereits oben erwähnt kann die Füllmasse 19 ein Konvertermaterial enthalten . Die Füllmasse 19 kann darüber hinaus die weiter oben beschriebenen strukturellen Eigenschaften und Materialeigenschaften aufweisen .
Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt der Zerteilung des Trägerverbunds 20 mit den darauf aufgebrachten Halbleiterchips 10 und den angeformten Gehäusen 17 durch den j eweiligen Trenngraben 33 hindurch, wobei Träger 2 der Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente 1 aus dem Trägerverbund 20 vereinzelt werden, die j eweils eine erste Hauptfläche 2A aufweisen, auf der zumindest ein Halbleiterchip 10 und ein Gehäuse 17 angeordnet ist , so dass eine Mehrzahl von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen 1 entstehen (vgl . Figur 18 ) . Die Vereinzelung beziehungsweise Zerteilung, die mittels Sägen erfolgen kann, beschränkt sich im Wesentlichen auf die Vereinzelung beziehungsweise Zerteilung des Trägerverbunds 20 , da die Gehäuse 17 vom j eweiligen Trenngraben 33 beabstandet sind und somit nur wenig oder kein Gehäusematerial durchtrennt werden muss . Vorteilhafterweise entfallen durch die Ausbildung der Trenngräben 33 Vorprozesse zur Beseitigung von Gehäusematerial . Ferner ist das Grundmaterial 8 des Trägerverbunds 20 , das im Vergleich zum Gehäusematerial härter sein kann, leichter zu durchtrennen, so dass sich das Verfahren insgesamt ef fi zient gestaltet .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Bezugs zeichenliste
1 Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement
1A Vorderseite
1B Rückseite
2 Träger
2A erste Hauptfläche
2B zweite Hauptfläche
2C Seitenfläche
3 Trägerrand
4 Trägersubstrat
4C Seitenfläche
5 erstes Anschlusselement
6 zweites Anschlusselement
7 Zwischenraum
8 Grundmaterial
9 Öf fnung
10 Halbleiterchip
10A Strahlungsaustritts fläche
10B Bodenfläche
I OC Seitenfläche
11 erster Halbleiterbereich
12 aktive Zone
13 zweiter Halbleiterbereich
14 elektrischer Kontakt
15 , 16 Verbindungsmittel
17 Gehäuse
17A Gehäuseoberseite
17B Gehäuseunterseite
17C Gehäusewand
18 Vertiefung
19 Füllmasse
20 Trägerverbund 20A Vorderseite
20B Rückseite
21 Trägerkörper
21A erste Oberfläche
21B zweite Oberfläche 22A, 22B Ausnehmung
23 Stützstruktur
24 Formwerkzeug
25 erste Werkzeughäl fte
26 zweite Werkzeughäl fte
26A hervorstehender Bestandteil
27 Formwerkzeug 27A, 27B Bestandteil
28 Kavität
29 Kanal
30 erste Werkzeughäl fte
31 zweite Werkzeughäl fte 31A Grundplatte
31B Zwischenplatte 31C Klebefolie
32 Formmasse
33 Trenngraben a lateraler Abstand b, b2 , b3 erste laterale Abmessung cl , c2 , c3 zweite laterale Abmessung d Dicke h Höhe t Tiefe w Breite
E Vakuum F Fülldruck LI erste laterale Richtung
L2 zweite laterale Richtung
V vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) umfassend
- einen Träger (2) mit einer ersten Hauptfläche (2A) und zumindest einer quer zur ersten Hauptfläche (2A) verlaufenden Seitenfläche (2C) ,
- zumindest einen Halbleiterchip (10) , der auf der ersten Hauptfläche (2A) des Trägers (2) angeordnet ist und im Betrieb an einer Strahlungsaustrittsfläche (10A) Strahlung emittiert,
- ein Gehäuse (17) , das
- an den Träger (2) und den zumindest einen Halbleiterchip (10) angeformt ist, wobei die zumindest eine Seitenfläche (2C) des Trägers (2) von dem Gehäuse (17) unbedeckt ist,
- eine Vertiefung (18) aufweist, die an der Strahlungsaustrittsfläche (10A) des zumindest einen Halbleiterchips (10) angeordnet ist, und
- durch zumindest eine Gehäusewand (17C) seitlich begrenzt ist, wobei die zumindest eine Gehäusewand (17C) zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung (18) versetzt ist zu einem die erste Hauptfläche (2A) begrenzenden Rand (3) des Trägers (2) .
2. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse (17) ein mittels Vakuum-Spritzgusses angeformtes Gehäuse ist.
3. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (17) aus einem Gehäusematerial besteht, das ein reflektierendes Material enthält.
4. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das reflektierende Material Partikel aus TiO2 und/oder ZrO2 aufweist.
5. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäusematerial ein Kunststoffmaterial enthält.
6. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Vertiefung (18) eine Füllmasse (19) angeordnet ist.
7. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Füllmasse (19) ein Konvertermaterial enthält, das zur Wellenlängenkonversion der Strahlung vorgesehen ist.
8. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (2) eine Öffnung (9) aufweist, in welche sich das Gehäuse (17) hineinerstreckt .
9. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die Öffnung (9) von der ersten Hauptfläche (2A) des Trägers (2) durch den Träger (2) hindurch bis zu einer der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (2B) des Trägers (2) erstreckt .
10. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Öffnung (9) an der zweiten Hauptfläche (2B) größer ist als an der ersten Hauptfläche (2A) .
11. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Träger (2) ein erstes Anschlusselement (5) einer ersten Polarität und ein zweites Anschlusselement (6) einer zweiten Polarität aufweist, das durch einen Zwischenraum (7) von dem ersten Anschlusselement (5) beabstandet ist, wobei die Öffnung (9) in dem Zwischenraum (7) angeordnet ist.
12. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (18) den zumindest einen Halbleiterchip (10) auf einer diesem zugewandten Seite seitlich nicht überragt.
13. Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Vertiefung (18) von einer Gehäuseoberseite (17A) , die auf einer vom Träger (2) abgewandten Seite des Gehäuses (17) angeordnet ist, bis zur Strahlungsaustrittsfläche (10A) des zumindest einen Halbleiterchips (10) erstreckt und an der Strahlungsaustrittsfläche (10A) endet.
14. Verfahren zur Herstellung von Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen (1) umfassend:
- Bereitstellen eines Trägerverbunds (20) ,
- Aufbringen von Strahlung emittierenden Halbleiterchips (10) auf den Trägerverbund (20) , wobei die Strahlung emittierenden Halbleiterchips (10) jeweils eine Strahlungsaustrittsfläche (10A) aufweisen,
- Bereitstellen eines Formwerkzeugs (27) mit Kavitäten (28) , - Anordnen des Trägerverbunds (20) mit den darauf aufgebrachten Strahlung emittierenden Halbleiterchips (10) relativ zum Formwerkzeug (27) derart, dass in jeder Kavität (28) zumindest ein Strahlung emittierender Halbleiterchip (10) angeordnet wird,
- Befüllen der Kavitäten (28) mit einer Formmasse (32) zur Herstellung von Gehäusen (17) , wobei die Strahlung emittierenden Halbleiterchips (10) zur Herstellung von Vertiefungen (18) in den Gehäusen (17) an den Strahlungsaustrittsflächen (10A) jeweils von einem Bestandteil (27A) des Formwerkzeugs (27) abgedeckt werden, und wobei zur Herstellung eines Trenngrabens (33) zwischen jeweils zwei benachbarten Gehäusen (17) jeweils zwei benachbarte Kavitäten (28) durch einen weiteren Bestandteil (27B) des Formwerkzeugs (27) voneinander beabstandet sind,
- Zerteilung des Trägerverbunds (20) mit den darauf aufgebrachten Strahlung emittierenden Halbleiterchips (10) und den angeformten Gehäusen (17) durch den jeweiligen Trenngraben (33) hindurch, wobei Träger (2) der Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente (1) aus dem Trägerverbund vereinzelt werden, die jeweils eine erste Hauptfläche (2A) aufweisen, auf der zumindest ein Strahlung emittierender Halbleiterchip (10) angeordnet ist, und wobei der Trenngraben (33) jeweils so breit ausgebildet wird, dass eine an diesen angrenzende Gehäusewand (17C) eines Gehäuses (17) nach der Vereinzelung zumindest abschnittsweise seitlich in Richtung zu der Vertiefung (18) versetzt ist zu einem die erste Hauptfläche (2A) begrenzenden Rand (3) des Trägers (2) , an welchen das Gehäuse (17) angeformt ist.
15. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Gehäuse (17) mittels Vakuum-Spritzgusses hergestellt werden.
16. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei Bestandteile (30, 31, 31A, 31B) des Formwerkzeugs (27) , welche die Kavitäten (28) begrenzen, mittels additiver Fertigung hergestellt werden.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei in die Vertiefungen (18) mittels eines Dispensers eine Füllmasse (19) eingebracht wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Trägerverbund (20) Öffnungen (9) aufweist, und zumindest eine Öffnung (9) jedem zu vereinzelnden Träger (2) zugeordnet ist, wobei die Formmasse (32) durch die Öffnungen (9) in die Kavitäten (28) eingebracht wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Bereitstellen des Trägerverbunds (20) umfasst:
- Bereitstellen eines Trägerkörpers (21) , der Ausnehmungen (22A, 22B) aufweist,
- Einbringen eines Grundmaterials (8) in die Ausnehmungen (22A, 22B) , wobei das Grundmaterial (8) mittels Vakuum- Spritzgusses eingebracht wird.
20. Verfahren gemäß den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Öffnungen (9) in dem Grundmaterial (8) eines Teils der Ausnehmungen (22A) erzeugt werden.
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