STOLL ION (DE)
SCHWARZ THOMAS (DE)
SINGER FRANK (DE)
DIRSCHERL GEORG (DE)
HÖPPEL LUTZ (DE)
US20130187178A1 | 2013-07-25 | |||
US20040188696A1 | 2004-09-30 | |||
US20060054913A1 | 2006-03-16 | |||
DE102007013986A1 | 2008-09-25 |
Patentansprüche 1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit - einem optoelektronischen Halbleiterchip (1) umfassend einen lichtdurchlässigen Träger (10), eine Halbleiterschichtenfolge (11) auf dem lichtdurchlässigen Träger (10) und elektrische Anschlussstellen (12) an der dem lichtdurchlässigen Träger (10) abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) , - einem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial (3), das den optoelektronischen Halbleiterchip (1) stellenweise umschließt, und - Partikeln (41) eines lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials, wobei - die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) zumindest stellenweise frei vom lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial (3) ist, und - die Partikel (41) die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und eine Außenfläche des Umhüllungsmaterials (3) stellenweise bedecken. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Partikel (41) durch ein spaltgängiges Material (42) an der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und der Außenfläche des Umhüllungsmaterials (3) fixiert sind, wobei das spaltgängige Material (42) stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest manchen der Partikel (41) und dem Umhüllungsmaterial (3) steht. 3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Partikel (41) eine Schicht bilden, wobei das spaltgängige Material (42) die Schicht der Partikel vollständig durchdringt und das Umhüllungsmaterial (3) vom spaltgängigen Material (42) verschieden ist. 4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an der dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) abgewandten Seite der Partikel (41) und/oder des spaltgängigen Materials (42) ein elektrisch leitendes Material (5) angeordnet ist, wobei das elektrisch leitende Material in elektrisch leitendem Kontakt zu den elektrischen Anschlussstellen (12) des optoelektronischen Halbleiterchips steht . 5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das elektrisch leitende Material lichtreflektierend ist und zusammen mit den Partikeln (41) und gegebenenfalls mit dem spaltgängigen Material (42) eine Reflektivität für Licht von wenigstens 95 % aufweist. 6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem eine ESD-Schut zschicht (8) an der dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) abgewandten Unterseite des elektrisch leitenden Materials (5) in elektrisch leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material (5) steht . 7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial (3) Vereinzelungsspuren aufweist. 8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips umfassend einen lichtdurchlässigen Träger (10), eine Halbleiterschichtenfolge (11) auf dem lichtdurchlässigen Träger (10) und elektrische Anschlussstellen (12) an der dem lichtdurchlässigen Träger (10) abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11), - Aufbringen des optoelektronischen Halbleiterchips auf einen Hilfsträger (2), derart, dass die elektrischen Anschlussstellen (12) dem Hilfsträger (2) zugewandt sind, - Umhüllen des optoelektronischen Halbleiterchips mit einem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial (3), wobei das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial (3) an seiner Unterseite an den Hilfsträger (2) grenzt, - Ablösen des Hilfsträgers (2) und Freilegen der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials (3), - Aufbringen von Partikeln (41) eines lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials an der freigelegten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und des Umhüllungsmaterials (3). 9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Partikel (41) durch Aufbringen eines spaltgängigen Materials an der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und des Umhüllungsmaterials (3) fixiert werden. 10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das spaltgängige Material stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest manchen der Partikel (41) und dem Umhüllungsmaterial (3) steht. - Sö ¬ 11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Aufbringen der Partikel (41) oder nach dem Aufbringen des spaltgängigen Materials (42) ein elektrisch leitendes Material (5) auf die dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) abgewandte Unterseite der Partikel (41) und/oder des spaltgängigen Materials aufgebracht wird, wobei das elektrisch leitende Material in elektrisch leitendem Kontakt zu den elektrischen Anschlussstellen (12) des optoelektronischen Halbleiterchips gebracht wird. 12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel (41) mittels Elektrophorese in einem Elektrophoresebad abgeschieden werden. 13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - vor dem Abscheiden der Partikel (41) eine elektrisch leitende Hilfsschicht an der freigelegten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge (11) und des Umhüllungsmaterials (3) aufgebracht wird, wobei die Hilfsschicht dazu geeignet ist, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden, - zumindest die elektrisch leitende Hilfsschicht in den protischen Reaktionspartner eingebracht wird, so dass die elektrisch leitende Hilfsschicht zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet, und - das Salz zumindest teilweise ausgewaschen wird. 14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Umhüllen mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial (3) ein ESD-Schut zelement für den optoelektronischen Halbleiterchip (1) auf dem Hilfsträger (2) aufgebracht wird. 15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hilfsträger (2) zumindest eine Kavität aufweist und in die zumindest eine Kavität zumindest ein optoelektronischer Halbleiterchip (1) eingebracht wird. 16. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei in die Kavität zumindest ein ESD-Schut zelement eingebracht wird. 17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine ESD-Schut zschicht an der dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) abgewandten Unterseite des elektrisch leitenden Materials in elektrisch leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material aufgebracht wird. |
Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils angegeben. Die Druckschrift US 7,271,425 beschreibt ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders einfach
herstellbar ist.
Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteil handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, die im Betrieb Licht abstrahlt. Das hier
beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil kann
insbesondere zur Oberflächenmontage vorgesehen sein und es kann sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil dann insbesondere um ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD: Surface-Mounted-Device ) handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip. Der
optoelektronische Halbleiterchip umfasst insbesondere einen lichtdurchlässigen Träger, eine Halbleiterschichtenfolge auf dem lichtdurchlässigen Träger und elektrische Anschlussstellen an der dem lichtdurchlässigen Träger abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge.
Bei dem lichtdurchlässigen Träger des optoelektronischen Halbleiterchips kann es sich insbesondere um ein
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge handeln. Der lichtdurchlässige Träger kann dann beispielsweise mit Glas, Saphir oder SiC gebildet sein oder aus einem dieser Materialien bestehen. Die Halbleiterschichtenfolge ist epitaktisch auf den lichtdurchlässigen Träger aufgewachsen und umfasst wenigstens einen aktiven Bereich, der zur
Erzeugung oder zur Detektion von elektromagnetischer
Strahlung vorgesehen ist. Der optoelektronische
Halbleiterchip umfasst elektrische Anschlussstellen an der dem lichtdurchlässigen Träger abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge .
Insbesondere ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip lediglich an der Unterseite elektrische
Anschlussstellen aufweist. Der optoelektronische
Halbleiterchip kann dann beispielsweise nach Art eines sogenannten „Flip-Chips" montiert werden. Der
optoelektronische Halbleiterchip ist vorzugsweise frei von einer insbesondere metallischen Reflektorschicht, die beispielsweise an der dem lichtdurchlässigen Träger
abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge
angeordnet sein könnte. Das heißt, der optoelektronische Halbleiterchip umfasst keinen insbesondere metallischen Spiegel, mit dem elektromagnetische Strahlung, die in
Richtung der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge
abgestrahlt wird, in Richtung des durchlässigen Trägers reflektiert werden kann. Der optoelektronische Halbleiterchip ist also frei von einem insbesondere metallischen Reflektor und daher besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Es ist jedoch möglich, dass an der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge bereichsweise ein dielektrischer Spiegel angeordnet ist.
Die im optoelektronischen Halbleiterchip erzeugte
elektromagnetische Strahlung, beziehungsweise das im
optoelektronischen Halbleiterchip erzeugte Licht tritt, falls es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip
beispielsweise um eine Leuchtdiode handelt, durch den
lichtdurchlässigen Träger aus. Die elektromagnetische
Strahlung beziehungsweise das Licht kann durch die der
Halbleiterschichtenfolge abgewandte Oberseite des
lichtdurchlässigen Trägers und durch Seitenflächen des lichtdurchlässigen Trägers austreten. Bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich dann um einen sogenannten Volumenemitter im Gegensatz zu einem
Oberflächenemitter . Die elektrischen Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips können mit einem strahlungsdurchlässigen Material wie beispielsweise einem TCO (Transparent Conductive Oxide), also einem lichtdurchlässigen Oxid, gebildet sein. Beispielsweise sind die elektrischen Anschlussstellen mit oder aus ITO gebildet, so dass auch an den elektrischen
Anschlussstellen keine oder kaum Reflexion von Licht in
Richtung des lichtdurchlässigen Trägers erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil ein lichtdurchlässiges Umhüllungsmaterial, das den optoelektronischen Halbleiterchip stellenweise umschließt. Das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial ist beispielsweise mit einem Silikon, einem Epoxid-Harz oder einem Silikon-Epoxidhybridmaterial gebildet. Das
lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial umgibt den
optoelektronischen Halbleiterchip vorzugsweise derart, dass lediglich die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge, die dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandt ist, sowie die elektrischen Anschlussstellen an der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge vom lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterial nicht überdeckt oder umschlossen sind. Bis auf diese Bereiche des optoelektronischen Halbleiterchips kann der optoelektronische Halbleiterchip dann vollständig vom lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial umschlossen sein, wobei das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial nicht direkt an den optoelektronischen Halbleiterchip grenzen muss.
Vielmehr können weitere Schichten wie beispielsweise
Konversionsschichten mit einem oder mehreren Leuchtstoffen und/oder Passivierungsschichten zwischen dem Halbleiterchip und dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial angeordnet sein .
Das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial kann ferner mit Partikeln wie beispielsweise Partikeln eines
Konversionsmaterials und/oder Partikeln eines Materials, das den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Umhüllungsmaterials absenkt, gefüllt sein.
Das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial bildet beim
optoelektronischen Halbleiterbauteil insbesondere das Gehäuse aus. Das heißt, das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial stellt die mechanisch tragende und stützende Komponente des optoelektronischen Halbleiterbauteils dar. Das
lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial grenzt an kein Gehäuse, das beispielsweise mit einem Kunststoff gebildet wäre. Insbesondere die dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandte Oberseite des lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterials und zumindest teilweise Seitenflächen, die quer zur Lichtaustrittsfläche an der Oberseite des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials verlaufen, können von außen frei zugänglich sein und sind nicht durch ein
Gehäusematerial bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil Partikel eines lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials. Die Partikel des
lichtstreuenden und/oder -reflektierenden Materials bilden beispielsweise eine Schicht aus, die an einer Außenfläche des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials angeordnet ist. Die Partikel sind vorgesehen, auftreffende elektromagnetische Strahlung beziehungsweise auftreffendes Licht des
optoelektronischen Halbleiterchips zu streuen oder zu
reflektieren. Die Partikel ersetzen zumindest teilweise einen Reflektor, der dem optoelektronischen Halbleiterchip fehlt.
Die Partikel sind dazu vorzugsweise an der der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Außenfläche des
lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials angeordnet. Bei den Partikeln kann es sich beispielsweise um Partikel handeln, die mit T1O2, Al x O y , wobei x beispielsweise 2 und y 3 ist, ZnO, ZrÜ2, BaS04, Hf02 gebildet sind oder aus einem dieser Materialien bestehen. Die Partikel weisen
beispielsweise einen Durchmesser von wenigstens 50 nm und höchstens 5 pm, insbesondere höchsten 300 nm auf.
Ferner können die lichtreflektierenden und/oder
lichtstreuenden Partikel das auftreffende Licht auch farbig reflektieren und/oder streuen. Die Partikel können dazu auch farbige anorganische Pigmente wie Oxide, Sulfide, Cyanide, Hydroxide von Übergangsmetallen oder andere anorganische Pigmente umfassen. Auf diese Weise kann ein Farbeindruck des fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteils erreicht werden, der nicht weiß, sondern farbig ist.
Weiter ist es möglich, dass die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel mit einem
Lumineszenzkonversionsmaterial wie YAG, LuAG, nitridischen Konvertern oder ähnlichem gebildet sind. Auf diese Weise können die Partikel auch Strahlungskonvertierend sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge stellenweise frei vom
lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial. An dieser Stelle sind die Halbleiterschichtenfolge sowie die an der
Halbleiterschichtenfolge ausgebildeten elektrischen
Anschlussstellen nicht vom lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterial bedeckt. Es können jedoch auch Stellen der Unterseite vorhanden sein, die vom lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterial bedeckt sind. Zum Beispiel kann
lichtdurchlässiges Umhüllungsmaterial nach einem Umhüllen zwischen den Halbleiterchip und einem Hilfsträger gelangen oder kriechen und dort als Rückstand verbleiben (so genannter „Flash"). Falls dieser Rückstand entfernt wird (so genanntes „deflashing" ) , dann kann die Unterseite auch vollständig frei vom Unhüllungsmaterial sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedecken die Partikel des lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge sowie eine Außenfläche des
Umhüllungsmaterials stellenweise. Die Partikel sind dort beispielsweise in einer Schicht aufgebracht, die
beispielsweise eine Dicke von wenigstens 500 nm und höchstens 5 pm aufweist. Die Partikel sind in hoher Dichte aufgebracht, so dass sie in der Schicht einen Gewichtsanteil von
wenigstens 70 Prozent, zum Beispiel 80 Prozent und einen Volumenanteil von wenigstens 45 Prozent, beispielsweise 50 Prozent aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem lichtdurchlässigen Träger, einer
Halbleiterschichtenfolge auf dem lichtdurchlässigen Träger und elektrischen Anschlussstellen an der dem
lichtdurchlässigen Träger abgewandten Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge. Weiter umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform ein lichtdurchlässiges Umhüllungsmaterial, das den
optoelektronischen Halbleiterchip stellenweise umschließt und Partikel eines lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials. In dieser Ausführungsform ist die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge frei vom lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterial und die Partikel bedecken die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und eine Außenfläche des
Umhüllungsmaterials stellenweise .
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes
optoelektronisches Halbleiterbauteil hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines hier
beschriebenen Verfahrens wird zunächst der optoelektronische Halbleiterchip mit dem lichtdurchlässigen Träger, der
Halbleiterschichtenfolge auf dem lichtdurchlässigen Träger und den elektrischen Anschlussstellen an der dem
lichtdurchlässigen Träger abgewandten Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird der
optoelektronische Halbleiterchip auf einen Hilfsträger aufgebracht. Bei dem Hilfsträger kann es sich beispielsweise um den Teil eines Vergusswerkzeuges oder eines
Spritzwerkzeuges handeln. Der Hilfsträger ist vorzugsweise starr ausgebildet und kann als ebene Platte ausgeführt sein. Ferner ist es möglich, dass der Hilfsträger Kavitäten
aufweist, die zur Aufnahme von jeweils wenigstens einem optoelektronischen Halbleiterchip vorgesehen sind. Der
Hilfsträger umfasst an seiner dem optoelektronischen
Halbleiterchip zugewandten Oberseite ferner vorzugsweise ein lösbares Verbindungsmittel, mit dem der optoelektronische Halbleiterchip temporär an einem Grundkörper des Hilfsträgers befestigt sein kann. Bei dem lösbaren Verbindungsmittel kann es sich beispielsweise um eine Revalpha-Folie, Silikon als temporärem Klebstoff oder Sacharose als temporärem Klebstoff handeln . In einem nächsten Verfahrensschritt erfolgt ein Umhüllen des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial, wobei das lichtdurchlässige
Umhüllungsmaterial an seiner Unterseite an den Hilfsträger und damit an das lösbare Verbindungsmittel grenzt.
Beispielsweise ist das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial an seiner dem Hilfsträger zugewandten Unterseite bis auf die Stellen des lösbaren Verbindungsmittels, die vom
optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt sind, vollständig mit dem lösbaren Verbindungsmittel bedeckt und kann mit diesem in direktem Kontakt stehen.
In einem nächsten Verfahrensschritt folgt das Ablösen des Hilfsträgers durch Entfernen des lösbaren Verbindungsmittels und ein Freilegen der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Partikel des lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials an der freigelegten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und des Umhüllungsmaterials aufgebracht. Das Aufbringen der
Partikel erfolgt vorzugsweise über ein Verfahren, mit dem die Partikel in besonders dichter Packung auf das
Umhüllungsmaterial aufgebracht werden können. Beispielsweise können die Partikel über ein elektrophoretisches Abscheiden (EPD - Electro Phoretic Deposition) aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, die insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden können:
- Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips umfassend einen lichtdurchlässigen Träger, eine
Halbleiterschichtenfolge auf dem lichtdurchlässigen Träger und elektrische Anschlussstellen an der dem
lichtdurchlässigen Träger abgewandten Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge, - Aufbringen des optoelektronischen Halbleiterchips auf einen Hilfsträger, derart dass die elektrischen Anschlussstellen dem Hilfsträger zugewandt sind,
- Umhüllen des optoelektronischen Halbleiterchips mit einem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial, wobei das
lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial an seiner Unterseite an den Hilfsträger grenzt,
- Ablösen des Hilfsträgers und Freilegen der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und des lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterials,
- Aufbringen von Partikeln eines lichtstreunenden und/oder lichtreflektierenden Materials an der freigelegten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und des Umhüllungsmaterials. Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil ist durch das hier beschriebene Verfahren besonders einfach herstellbar. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird ein volumenemittierender optoelektronischer Halbleiterchip, beispielsweise ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einem Saphiraufwachssubstrat , geflippt vom lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial umgeben und in dieses eingebettet. Der fehlende Reflektor des optoelektronischen Halbleiterchips wird zumindest teilweise durch die Partikel des
lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials ersetzt. Die Partikel, die insbesondere aus Titandioxid oder einem anderen der oben genannten Materialen bestehen können, werden mit hohem
Gewichtsanteil auf den optoelektronischen Halbleiterchip und das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial aufgebracht, wobei durch die hohe Konzentration an Partikeln hohe
Reflektivitäten bei relativ geringer Schichtdicke erreicht werden. Dazu kommen Verfahren zum Aufbringen der Partikel zur Verwendung, mit denen eine besonders hohe Packungsdichte der Partikel erreicht werden kann. Mit Vorteil entsteht ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einem Spiegel, der zumindest teilweise durch die Partikel gebildet ist. Ein solcher Spiegel zeichnet sich neben seiner hohen Reflektivität auch durch sein sehr günstiges
Alterungsverhalten aus. Im Gegensatz beispielsweise zu einem metallischen Spiegel, der mit Silber gebildet sein könnte, erfährt ein Spiegel aus Partikeln des lichtstreuenden oder lichtreflektierenden Materials keine oder kaum Korrosion. Ferner ist die Herstellung des optoelektronischen
Halbleiterbauteils besonders einfach, da der Anschluss des optoelektronischen Halbleiterchips lediglich von der
Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils her erfolgt und auf die Bildung von Durchkontaktierungen sowie von Drahtkontaktierung verzichtet werden kann. Die
verwendbaren optoelektronischen Halbleiterchips sowie die Abscheideverfahren zum Aufbringen der Partikel sind
kostengünstig, wodurch ein besonders kostengünstiges
optoelektronisches Halbleiterbauteil ermöglicht wird.
Die folgenden Erläuterungen zu Ausführungsformen und
Ausführungsbeispielen beziehen sich jeweils auf hier
beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile sowie auf hier beschriebene Verfahren zur Herstellung von
optoelektronischen Halbleiterbauteilen. Die beschriebenen
Merkmale und Merkmalskombinationen sind daher sowohl für den Gegenstand, das optoelektronische Halbleiterbauteil, als auch für das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils offenbart.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Partikel durch ein spaltgängiges Material an der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge und der Außenfläche des Umhüllungsmaterials fixiert. Das spaltgängige Material kann stellenweise in direktem Kontakt mit zumindest manchen der Partikeln und dem Umhüllungsmaterial stehen. Mit anderen Worten werden die Partikel durch Aufbringen eines spaltgängigen Materials an der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge und des Umhüllungsmaterials fixiert. Bei dem spaltgängigen Material kann es sich beispielsweise um eine organische Substanz wie Parylen handeln. Ferner kann es sich um zumindest eines der folgenden Materialien handeln: Silikon, Epoxid-Harz, anorganische Matrixmaterialien wie Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid. Das spaltgängige Material kann über ein Aufbringverfahren wie Atomlagenabscheidung oder ein Sol-Gelverfahren aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, dass es sich bei dem spaltgängigen Material um eine metallische Schicht handelt, die dann zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips und zur Fixierung der Partikel dient. Eine derartige metallische Schicht kann beispielsweise über einen Gasphasenprozess , der sich durch eine gute Spaltgängigkeit auszeichnet, aufgebracht werden.
In jedem Fall findet ein spaltgängiges Material Verwendung, das in die Zwischenräume zwischen benachbarten Partikeln eindringen kann und stellenweise auch bis zur Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und/oder der Unterseite des
Umhüllungsmaterials vordringt. Mit dem spaltgängigen Material wird sichergestellt, dass die Partikel fest an den übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterchips haften. Das spaltgängige Material kann selbst ebenfalls
reflektierende Eigenschaften aufweisen und so die
Reflektivität an den Unterseiten von Halbleiterschichtenfolge und Umhüllungsmaterial weiter erhöhen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bilden die Partikel eine Schicht, wobei das spaltgängige Material die Schicht der Partikel
vollständig durchdringt und das Umhüllungsmaterial vom spaltgängigen Material verschieden ist. Die Partikel sind in einer oder mehreren Lagen angeordnet und bilden auf diese Weise eine Schicht aus, welche die Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge sowie eine Außenfläche des
Umhüllungsmaterials stellenweise bedeckt. Das spaltgängige Material durchdringt diese Schicht zumindest stellenweise von ihrer der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und der Außenfläche des Umhüllungsmaterials abgewandten Seite hin zur Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und zur Außenfläche des Umhüllungsmaterial vollständig. D.h., es gibt Pfade von spaltgängigem Material, welche die Schicht quer oder
senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsrichtung vollständig durchdringen. Die Schicht kann an ihrer der Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und der Außenfläche des
Umhüllungsmaterials abgewandten Seite vollständig vom
spaltgängigem Material bedeckt sein. Auf diese Weise haften die Partikel besonders gut am Umhüllungsmaterial und der Halbleiterschichtenfolge .
Insbesondere ist es dabei auch möglich, dass das
Umhüllungsmaterial und das spaltsgängige Material nicht gleiche Materialien sind, sondern sich voneinander
unterscheiden. Diese Weise kann für das spaltsgängige
Material ein Material ausgewählt werden, dass die Schicht der Partikel besonders gut durchdringt und das besonders gut an den Partikeln haftet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist an der dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite der Partikel und/oder des spaltgängigen Materials ein elektrisch leitendes Material angeordnet, wobei das elektrisch leitende Material in elektrisch leitendem Kontakt zu den elektrischen
Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips steht. Das elektrisch leitende Material ist entsprechend strukturiert, so dass durch das elektrisch leitende Material an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils zumindest zwei Anschlussstellen gebildet sind, über die der optoelektronische Halbleiterchip des optoelektronischen Halbleiterbauteils von außen kontaktierbar ist. Das
elektrisch leitende Material kann auch zur Fixierung der Partikel an den Unterseiten von Halbleiterschichtenfolge und Umhüllungsmaterial dienen.
Damit das elektrisch leitende Material mit den elektrischen Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips in Kontakt treten kann, werden diese beim Aufbringen der
Partikel und/oder des spaltgängigen Materials freigehalten und/oder nach dem Aufbringen freigelegt.
Bei dem elektrisch leitenden Material handelt es sich beispielsweise um ein gut reflektierendes Metall wie
Aluminium oder Silber. Das elektrisch leitende Material kann beispielsweise durch eine Schichtabfolge aus Aluminium, NiV und Gold gebildet sein, wobei das Aluminium dem
Halbleiterchip zugewandt ist. Durch die Verwendung eines gut reflektierenden Materials ist es möglich, dass die
Schichtabfolge aus dem elektrisch leitenden Material, den Partikeln gegebenenfalls dem spaltgängigen Material eine
Reflektivität für Licht von wenigstens 95 Prozent aufweist. Das elektrisch leitende Material kann insbesondere auch zur Wärmeableitung der im Betrieb vom optoelektronischen
Halbleiterchip erzeugten Wärme dienen. Das elektrisch
leitende Material kann beispielsweise galvanisch oder mittels Sputtern aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Partikel des lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials mittels Elektrophorese in einem Elektrophoresebad
abgeschieden. Mittels Elektrophorese können die Partikel besonders dicht abgeschieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Abscheiden der Partikel eine elektrisch leitende Hilfsschicht an der freigelegten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge und des Umhüllungsmaterials aufgebracht, wobei die Hilfsschicht dazu geeignet ist, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden. Zum Abscheiden der Partikel wird die elektrisch leitende Hilfsschicht elektrisch
kontaktiert, so dass während der Elektrophorese geladene oder polarisierte Partikel des lichtstreuenden und/oder
lichtreflektierenden Materials sich an der Hilfsschicht abscheiden. Zumindest die elektrisch leitende Hilfsschicht wird in einem nächsten Verfahrensschritt in den protischen Reaktionspartner eingebracht, so dass die elektrisch leitende Hilfsschicht zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet.
Das Salz kann zum Abschluss des Verfahrens, beispielsweise vor dem Aufbringen des spaltgängigen Materials zur Fixierung der Partikel mittels eines Lösungsmittels zumindest teilweise ausgewaschen werden. Die elektrisch leitende Hilfsschicht kann durch ein Verfahren wie Sputtern oder Molekularstrahlepitaxie aufgebracht werden. Die elektrischen Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips können durch einen Fotolack bedeckt sein oder die Schicht wird gezielt nicht an den elektrischen
Anschlussstellen abgeschieden.
Die elektrisch leitende Hilfsschicht kann eine Dicke zwischen wenigstens 50 nm und höchstens 1 pm, insbesondere zwischen wenigstens 150 nm und höchstens 500 nm, zum Beispiel von 200 nm aufweisen.
Die elektrisch leitende Hilfsschicht kann mit einem
elektrisch leitenden Material wie einem dotierten
Halbleitermaterial oder einem Metall gebildet sein. Zum
Beispiel kann die elektrisch leitende Hilfsschicht eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Si, AI, Ti, Ca, ZnO, GaN, wobei die genannten Materialien auch dotiert sein können.
Der über den elektrischen Anschlussstellen aufgebrachte
Fotolack kann beispielsweise vor dem elektrophoretischen Abscheiden mit dem darüberliegenden Material entfernt werden, wobei eine Abhebetechnik zum Einsatz kommt. Alternativ kann nach dem Abscheiden des leitfähigen Materials eine Freilegung der elektrischen Anschlussstellen durch Ätzen erfolgen.
Nach dem Abscheiden der Partikel können die elektrischen Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips erneut mit einem Fotolack bedeckt werden. Anschließend kann die Fixierung der Partikel mittels dem spaltgängigen Material erfolgen . Ein Verfahren, bei dem eine elektrisch leitende Hilfsschicht zum Einsatz kommt, die anschließend über das Einbringen in einen protischen Reaktionspartner zumindest teilweise in ein Salz umgewandelt wird, ist in einem anderen Zusammenhang in der Druckschrift PCT/EP2013/062618 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der dem
optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Unterseite des elektrisch leitenden Materials eine ESD-Schut zschicht angeordnet, die in elektrisch leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material steht. Die ESD-Schutzschicht steht mit den elektrischen Anschlussstellen des
optoelektronischen Halbleiterchips in elektrisch leitendem Kontakt und stellt einen ESD-Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips, also einen Schutz gegen elektrostatische Entladung, dar. Die ESD-Schutzschicht kann beispielsweise durch eine Varistor-Paste gebildet sein, die halbleitende Partikel wie SiC oder ZnO-Partikel enthält, die an ihren
Stoßpunkten einen pn-Übergang bilden. Durch die Dichte der halbleitenden Partikel in der Varistor-Paste kann die
Durchbruchspannung der ESD-Schutzschicht angepasst werden. Mit Vorteil kann bei der Verwendung der ESD-Schutzschicht gegebenenfalls auf eine ESD-Schut zdiode verzichtet werden, was die Materialkosten und die Herstellungskosten sowie Absorptionsverluste aufgrund von Absorption von
elektromagnetischer Strahlung durch eine ESD-Schut zdiode verringert. Eine derartige Varistor-Paste ist in einem anderen Zusammenhang beispielsweise in der Druckschrift DE 102012207772 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich der Rückbezug aufgenommen wird. Alternativ oder zusätzlich zur ESD-Schut zschicht kann das optoelektronische Halbleiterbauteil ein ESD-Schut zelement umfassen, das vor dem Umhüllen mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial auf den Hilfsträger aufgebracht wird. Bei dem ESD-Schut zelement kann es sich beispielsweise um eine ESD-Schut zdiode wie eine Zener-Diode oder um einen Varistor handeln. Das ESD-Schut zelement kann parallel oder
antiparallel mit dem optoelektronischen Halbleiterchip elektrisch verschaltet sein, wobei das ESD-Schut zelement vor dem Umhüllen mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Halbleiterchip verbunden werden kann. Bevorzugt erfolgt eine Verschaltung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und dem ESD- Schut zelement jedoch über das elektrisch leitende Material. Das ESD-Schut zelement kann alternativ oder zusätzlich zur ESD-Schut zschicht Verwendung finden, wobei bei der
zusätzlichen Verwendung einer ESD-Schut zschicht mit Vorteil ein hinsichtlich der Schutzwirkung kleiner dimensioniertes ESD-Schut zelement als ansonsten notwendig Verwendung finden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist das lichtdurchlässige
Umhüllungsmaterial an seiner Außenfläche zumindest
stellenweise Vereinzelungsspuren auf. Bei den
Vereinzelungsspuren kann es sich beispielsweise um Spuren eines Sägeprozesses oder eines Schnittverfahrens handeln. Bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils kann beispielsweise eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips gleichzeitig mit dem lichtdurchlässigen
Umhüllungsmaterial umhüllt werden. Die Herstellung einzelner optoelektronischer Halbleiterbauteile kann dann
beispielsweise nach dem Aufbringen des elektrisch leitenden Materials durch Vereinzelung in optoelektronische Halbleiterbauteile erfolgen, wobei jedes optoelektronische Halbleiterbauteil wenigstens einen optoelektronischen
Halbleiterchip aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Hilfsträger zumindest eine Kavität auf und in die zumindest eine Kavität wird zumindest ein optoelektronischer Halbleiterchip
eingebracht. Die Seitenflächen der Kavität geben die Form für das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial vor. Auf diese Weise kann das Umhüllungsmaterial beispielsweise eine Bodenfläche aufweisen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips verläuft und Seitenflächen, die je nach
Ausformung der Kavität schräg zur Bodenfläche verlaufen. Die mit den Partikeln beschichteten Seitenflächen bilden dann einen schräg zur Bodenfläche verlaufenden Reflektor aus.
Durch den Winkel zwischen Bodenfläche und Seitenfläche des Umhüllungsmaterials kann die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauteils eingestellt werden. Das ESD-Schut zelement kann ebenfalls in die Kavität des
Hilfsträgers mit eingebracht werden, wobei für jeden
optoelektronischen Halbleiterchip wenigstens ein ESD- Schut zelement in die gleiche Kavität wie der
optoelektronische Halbleiterchip eingebracht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der
freiliegenden Außenfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips eine leitfähige Schicht ausgebildet, die vor oder nach dem Aufbringen auf den Hilfsträger aufgebracht wird. Die leitfähige Schicht kann beispielsweise die
freiliegende Außenfläche des strahlungsdurchlässigen Trägers des Halbleiterchips vollständig bedecken. Ferner kann ein Kontakt der leitfähigen Schicht mit der Halbleiterschichtenfolge bestehen. Beispielsweise über elektrisch leitende Nadeln, die von der dem Halbleiterchip abgewandten Unterseite des Hilfsträgers durch den Hilfsträger bis zu den elektrischen Anschlussstellen des
optoelektronischen Halbleiterchips geführt werden, kann die leitfähige Schicht vor dem Aufbringen des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials elektrisch kontaktiert werden.
Über die Nadeln kann der optoelektronische Halbleiterchip elektrisch kurzgeschlossen werden. In dieser Anordnung ist es dann möglich, über ein elektrophoretisches Abscheiden ein Lumineszenzkonversionsmaterial, das einen oder mehrere
Leuchtstoffe umfassen kann, auf den optoelektronischen
Halbleiterchip abzuscheiden. Nach beendeter Abscheidung wird die leitfähige Schicht wie oben beschrieben durch Umwandlung in ein Salz entfernt und der optoelektronische Halbleiterchip mit dem strahlungsdurchlässigen Umhüllungsmaterial, zum
Beispiel einem klaren Silikon, ohne weiteres
Lumineszenzkonversionsmaterial, umhüllt. Bei dieser
Ausgestaltung des Verfahrens ist es also möglich, auch ein Lumineszenzkonversionsmaterial elektrophoretisch
abzuscheiden .
Alternativ ist es gemäß zumindest einer Ausführungsform möglich, nach dem Aufbringen des optoelektronischen
Halbleiterchips auf den Hilfsträger den gesamten Hilfsträger zusammen mit dem darauf befestigten optoelektronischen
Halbleiterchip mit der elektrisch leitenden Schicht zu überziehen. Nachfolgend kann ein Fotolack strukturiert aufgebracht werden und Lumineszenzkonversionsmaterial dort mittels Elektrophorese abgeschieden werden, wo der Fotolack geöffnet ist. Anschließend werden Fotolack und elektrisch leitfähige Schicht entfernt. Ferner ist es möglich, dass ein
Lumineszenzkonversionsmaterial mit einem oder mehreren
Leuchtstoffen auf den optoelektronischen Halbleiterchip, zum Beispiel elektrophoretisch, abgeschieden ist und weitere Lumineszenzkonversionsmaterialien eines oder mehrerer
Leuchtstoffe innerhalb des strahlungsdurchlässigen
Umhüllungsmaterials in den Lichtweg des optoelektronischen Halbleiterchips eingebracht werden.
Bei der elektrophoretischen Beschichtung des
optoelektronischen Halbleiterchips mit einem
Lumineszenzkonversionsmaterial ist es ferner möglich, dass Lumines zenzkonversionsmaterialien unterschiedlicher
Leuchtstoffe in unterschiedlichen Schichten nacheinander auf dem optoelektronischen Halbleiterchip aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial Partikel zumindest eines Füllstoffes, die zur Anpassung des Brechungsindex, des optischen Verhaltens und/oder des thermischen Verhaltens des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials in dieses eingebracht sind. Beispielsweise können Partikel aus amorphem
Siliziumdioxid mit Partikelgrößen von höchstens 100 pm, vorzugsweise von höchstens 50 pm in einem Füllstoffgehalt von bis zu 90 Gewichtsprozent, bevorzugt bis zu 80
Gewichtsprozent in das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial eingebracht sein. Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen
Figuren näher erläutert.
In Verbindung mit den Figuren 1A bis 1F ist ein erstes
Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert.
Verbindung mit den Figuren 2A bis 2F ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteilen .
In Verbindung mit den Figuren 5A bis 5F ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis 1F ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
Bei dem Verfahren wird zunächst ein Hilfsträger 2
bereitgestellt. Der Hilfsträger 2 umfasst einen Grundkörper 21, der mit einem starren Material wie beispielsweise einem Metall oder einem Kunststoff gebildet ist, und ein lösbares Verbindungsmittel 22, das den Grundkörper 21 an seiner
Oberseite völlig bedeckt. Bei dem lösbaren Verbindungsmittel handelt es sich beispielsweise um eine Revalpha-Folie . Dies ist in der Figur 1A gezeigt.
Der Hilfsträger 2 weist Kavitäten auf, wobei in jede Kavität ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 gesetzt wird. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 handelt es sich um einen Halbleiterchip mit strahlungsdurchlässigem Träger 10, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 11 beispielsweise epitaktisch aufgebracht ist. Der lichtdurchlässige Träger 10 kann zum Beispiel aus Saphir bestehen.
An der dem lichtdurchlässigen Träger 10 abgewandten
Unterseite der Halbleiterschichtenfolge 11 sind elektrische Anschlussstellen 12 zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Beispielsweise kann über die elektrischen Anschlussstellen 12 ein aktiver
Bereich in der Halbleiterschichtenfolge 11 zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung beziehungsweise Licht angeregt werden . In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur 1B, werden die Kavitäten des Hilfsträgers 2 mit einem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial 3 befüllt, wobei das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial 3 über sämtliche Kavitäten des
Hilfsträgers 2 zusammenhängt. Bei dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial 3 handelt es sich beispielsweise um ein hochgefülltes Silikon, das über einen Vergussprozess, bei dem der Hilfsträger 2 einen Teil der Vergussform bildet, um den Halbleiterchip 1 herum eingebracht wird. Das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial 3 kann beispielsweise mit Lumineszenzkonversionsmaterial eines oder mehrerer
Leuchtstoffe gefüllt sein. Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, vom
optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb erzeugte
elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu
absorbieren und in elektromagnetische Strahlung höherer
Wellenlänge zu konvertieren. Im nächsten Verfahrensschritt, Figur IC, wird der Hilfsträger 2 abgelöst. Es verbleiben die vom Umhüllungsmaterial 3 umhüllten optoelektronischen Halbleiterchips 1, wobei
zumindest ein Teil der dem lichtdurchlässigen Träger 10 abgewandten Unterseite der Halbleiterschichtenfolge 11 und insbesondere die Anschlussstellen 12 vom Umhüllungsmaterial 3 unbedeckt sind.
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 1D, werden Partikel 41 eines lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Materials wie Titandioxid als Schicht an den Unterseiten des
lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials 3 und der
Halbleiterschichtenfolge 11 aufgebracht. Das Aufbringen der Partikel erfolgt beispielsweise elektrophoretisch . Die
Partikel 41 werden in der lichtreflektierenden Schicht 4 beispielsweise mit einem Gewichtsanteil zwischen 50 und 80 Prozent eingebracht, wobei die Dicke der Schicht
beispielsweise 10 pm beträgt. Die elektrischen
Anschlussstellen 12 des Chips können freigehalten werden oder sie werden nach Abschluss des Verfahrens freigelegt. Das Aufbringen der Partikel 41 erfolgt beispielsweise wie oben beschrieben elektrophoretisch . In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur IE, werden die Partikel 41 zunächst mittels eines spaltgängigen Materials 42 fixiert. Das spaltgängige Material 42 dringt in Spalten zwischen den Partikeln 41 ein und umgibt diese. Es kann stellenweise in direktem Kontakt mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial 3 sowie der Halbleiterschichtenfolge 11 stehen. Nachfolgend wird an der dem optoelektronischen
Halbleiterchip 1 abgewandten Unterseite eine elektrisch leitende Schicht 5 strukturiert aufgebracht, die mit den elektrischen Anschlussstellen 12 der optoelektronischen
Halbleiterchips 1 jeweils in Kontakt gebracht wird.
Gemeinsam mit dem elektrisch leitenden Material 5 weist der SchichtStapel aus Partikeln 41, spaltgängigem Material 42 und elektrisch leitendem Material 5 eine Reflektivität von > 95 Prozent auf. Das elektrisch leitende Material enthält dazu zum Beispiel Aluminium. Es kann beispielsweise mit einem Schichtaufbau aus Aluminium, Nickel-Valadium und Gold
gebildet sein. Wie insbesondere der Ausschnittsvergrößerung der Figur IE zu entnehmen ist, sind die Partikel 41 in einer Schicht angeordnet, die vorliegend eine Lage von Partikeln 41 umfasst. Die Schicht ist vollständig vom spaltgängigen
Material 42 durchdrungen und steht in direktem Kontakt mit dem Umhüllungsmaterial 3 und zumindest stellenweise dem
Halbleiterkörper. Das spaltgängige Material 41 kann sich dabei insbesondere vom Umhüllungsmaterial 3 unterscheiden.
Im abschließenden Verfahrensschritt, Figur 1F, wird auf die den Halbleiterchips abgewandte Seite des elektrisch leitenden Materials 5 zwischen den Anschlussstellen 12 jeweils eine
Schicht aufgebracht, bei der es sich um einen Lötstopplack 7 oder um eine Varistor-Schicht 8 handeln kann. Nachfolgend erfolgt ein Zertrennen entlang der Trennbereiche 6, wobei nach dem Zertrennen optoelektronische Halbleiterbauteile resultieren, von denen jedes wenigstens einen
optoelektronischen Halbleiterchip aufweist. Das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial 3 weist am fertigen Halbleiterbauteil daher im Bereich der Trennbereiche 6
Vereinzelungsspuren vom Trennverfahren, zum Beispiel Spuren eines Sägeverfahrens, auf. Mit Vorteil kann bei einem hier beschriebenen Verfahren ein kostengünstiger Saphirchip Verwendung finden, der
insbesondere frei von einem Reflektor oder einer
Spiegelschicht an der dem Aufwachssubstrat abgewandten
Unterseite der Halbleiterschichtenfolge 11 ist. Ein
kostengünstiger Saphirchip könnte beispielsweise auch mit dem lichtdurchlässigen Träger 10 zur Montagefläche zeigend montiert werden, wobei die Anschlussstellen 12 dann zum
Beispiel über Drahtkontakte kontaktiert werden. Vorliegend wird der optoelektronische Halbleiterchip 1 jedoch umgedreht montiert und die elektrischen Anschlussstellen werden direkt über das elektrisch leitende Material 5 kontaktiert, dessen dem Halbleiterchip 1 abgewandte Unterseite als Kontaktstelle zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils dient. Auf diese Weise kann die im optoelektronischen
Halbleiterchip erzeugte Wärme besonders effizient abgeführt werden, da keine Wärmeleitung durch den lichtdurchlässigen Träger 10 hindurch notwendig ist.
Ferner kann mit Vorteil die reflektierende Schicht 4
besonders kostengünstig durch das elektrophoretische
Abscheiden von den Partikeln 41, die auf diese Weise mit hoher Packungsdichte aufgebracht werden können, erfolgen. Ferner kann mit Vorteil eine Vielzahl optoelektronischer Halbleiterbauteile parallel gefertigt werden, wobei die
Prozessierung, bis auf das Einbringen des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials 3, vollständig von der Unterseite der Halbleiterbauteile her erfolgen kann.
Weiter können mit dem Verfahren vorteilhaft optoelektronische Halbleiterbauteile erzeugt werden, die sich von ihrer
Strahlungsaustrittsseite hin zu ihrer Montageseite verjüngen. Dies ist durch die Kavitäten ermöglicht, in die die
optoelektronischen Halbleiterchips beim Einbringen des lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterials eingebracht werden. Diese Struktur der optoelektronischen Halbleiterbauteile erweist sich bei der Oberflächenmontage als besonders
vorteilhaft, da auf diese Weise nicht nur ein Reflektor für das von den optoelektronischen Halbleiterchips im Betrieb zur Seite hin emittierte Licht erzeugt ist, sondern die Form dient auch als Zentrierhilfe bei der Oberflächenmontage, beispielsweise beim SMD-Löten, da das optoelektronische
Bauteil aufgrund dieser Struktur leichter einschwimmt. Damit erhöht sich die Genauigkeit bei der Lötmontage.
Schließlich können kostengünstige und erprobte Verfahren zur Aufbringung von Lumineszenzkonversionsmaterial einer oder mehrerer Leuchtstoffe Verwendung finden.
Da die elektrischen Anschlussstellen 12 jedoch zumindest stellenweise mit einem strahlungsdurchlässigen Material wie einem TCO ausgebildet sind, kann es vorkommen, dass im optoelektronischen Halbleiterchip erzeugtes Licht zwei Mal durch das TCO-Material treten muss, bevor es ausgekoppelt wird. Dadurch können sich zumindest geringe
Absorptionsverluste aufgrund des gewählten Designs ergeben. In Verbindung mit den Figuren 2A bis 2F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Die Figuren 2A bis 2F sind jeweils in die
Unterfiguren a, b und c aufgeteilt. Die Unterfiguren a zeigen eine Draufsicht, die Unterfiguren b zeigen eine
Schnittdarstellung entlang der in der Draufsicht a gezeigten gestrichelten Linie und die Figuren c zeigen eine Ansicht von unten .
Im Unterschied zum in Verbindung mit den Figuren 1A bis 1F beschriebenen Verfahren wird beim Verfahren der Figuren 2A bis 2F ein ESD-Schut zelement 9 in die gemeinsame Kavität des Hilfsträgers 2 zusätzlich zum optoelektronischen
Halbleiterchip 1 eingebracht. Dies ist in der Figur 2A dargestellt .
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 2B, erfolgt das Umhüllen mit dem lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial 3. Sowohl der optoelektronische Halbleiterchip 1 als auch das ESD- Schut zelement 9 werden an ihren freiliegenden Außenflächen vollständig vom lichtdurchlässigen Umhüllungsmaterial 3 umhüllt. Dabei bleiben zumindest die elektrischen
Anschlussstellen 12 des optoelektronischen Halbleiterchips 1 und die elektrischen Anschlussstellen 91 des ESD- Schut zelements 9 frei vom Umhüllungsmaterial 3.
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 2C, wird der Hilfsträger 2 abgelöst.
Im folgenden Verfahrensschritt, Figur 2D, wird die
reflektierende Schicht 4 mit den Partikeln 41 an der
Unterseite von lichtdurchlässigem Umhüllungsmaterial 3, ESD- Schutzelement 9 und optoelektronischem Halbleiterchip 1 aufgebracht. Die reflektierende Schicht kann an den zur
Bodenfläche des Umhüllungsmaterials 3 quer verlaufenden
Seitenflächen unterschiedlich weit hochgezogen werden. Damit kann der Anteil der Seitenemission des optoelektronischen Halbleiterbauteils eingestellt werden.
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 2E, erfolgt das
Aufbringen des elektrisch leitenden Materials 5, wobei eine Verschaltung zwischen dem ESD-Schut zelement 9 und dem
optoelektronischen Halbleiterchip 1 durch das elektrisch leitende Material 5 erfolgt.
In Verbindung mit der Figur 2F ist gezeigt, wie abschließend beispielsweise eine LötStopppaste 7 zwischen den voneinander getrennten Bereichen des elektrisch leitenden Materials 5 eingebracht wird.
In Verbindung mit der Figur 3 ist ein entsprechend
hergestelltes optoelektronisches Halbleiterbauteil gezeigt, das beispielsweise insgesamt 0,5 mm 2 Chipfläche, also Fläche der Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips 1, umfasst. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil kann quadratisch oder fast quadratisch ausgebildet sein. Beispielsweise beträgt die Länge 1 1,9 mm und die Breite b beträgt 2 mm.
In Verbindung mit der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils gezeigt, bei dem zwei gleichartige optoelektronische Halbleiterchips 1 pro
optoelektronischem Halbleiterbauteil verbaut sind. Dadurch lässt sich eine Chipfläche von 1 mm 2 realisieren. Das optoelektronische Halbleiterbauteil weist beispielsweise eine Länge 1 von 1,9 mm und eine Breite b von 2,6 mm auf.
In Verbindung mit den Figuren 5A bis 5F ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis 1F ist der Hilfsträger 2 in diesem Ausführungsbeispiel nicht strukturiert ausgebildet. Folglich ergibt sich im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil anders als beispielsweise in der Figur 1F gezeigt keine Reflektor- Ausnehmung, in welcher der Halbleiterchip 1 angeordnet ist. Die Verfahrensschritte verlaufen analog zu den in Verbindung mit den Figuren 1A bis 1F beschriebenen Verfahrenschritten.
Hierdurch kann ein besonders flaches Bauteil angegeben werden. Beispielsweise weißt der Halbleiterchip 1 eine Höhe von 0,15 mm und das lichtdurchlässige Umhüllungsmaterial 3 weist eine maximale Dicke von 0,4 mm auf. Insbesondere ist es möglich, dass der Halbleiterchip 1 vom Umhüllungsmaterial 3 in einer im Rahmen der Herstellungstoleranz gleichmäßigen Dicke umgeben ist. Auf diese Weise kann, falls das
Umhüllungsmaterial 3 ein Konversionsmaterial umfasst, eine besonders gleichmäßige Konversion in sämtlichen
Abstrahlrichtung erfolgen.
Die Verwendung eines ESD-Schut zelements ist auch in diesem Ausführungsbeispiel möglich, aber nicht zwingend
erforderlich .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013110114.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronischer Halbleiterchip 10 lichtdurchlässiger Träger
11 Halbleiterschichtenfolge
12 elektrische Anschlussstelle
2 Hilfsträger
21 Grundkörper des Hilfsträgers
22 lösbares Verbindungsmittel
3 lichtdurchlässiges Umhüllungsmaterial
4 reflektierende Schicht
41 Partikel
42 spaltgängiges Material
5 elektrisch leitendes Material
6 Trennbereich
7 Lötstopplack
8 ESD-Schutzschicht
9 ESD-Schutzelement
91 elektrische Anschlussstellen