WO2012010377A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2012010377A1
WO2012010377A1 PCT/EP2011/060336 EP2011060336W WO2012010377A1 WO 2012010377 A1 WO2012010377 A1 WO 2012010377A1 EP 2011060336 W EP2011060336 W EP 2011060336W WO 2012010377 A1 WO2012010377 A1 WO 2012010377A1
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WO
WIPO (PCT)
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potting compound
semiconductor chip
contact structure
optoelectronic component
carrier element
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PCT/EP2011/060336
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English (en)
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Karl Weidner
Johann Ramchen
Axel Kaltenbacher
Walter Wegleiter
Bernd Barchmann
Stefan Gruber
Georg Bogner
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component having a carrier element, a semiconductor chip and a
  • Potting compound according to claim 1 Furthermore, the invention relates to a method for producing such
  • electrically insulating material can be an electrical
  • Connection between the semiconductor chip and terminal contacts of the carrier element can be realized.
  • the electrically conductive contact structure is applied to the surface of the electrically insulating material, whereby, however, this electrically conductive contact structure is not protected by the electrically insulating material.
  • external mechanical force effects can be so in particular in the manufacturing process or subsequently to the manufacturing process, for example, when loading the
  • the invention is based on the object, while avoiding this disadvantage, an optoelectronic device
  • the life is defined as the time in which the brightness of the emitted radiation of the
  • Initial value for example, to half or 1 / e, decreases.
  • Patent claim 13 solved. Advantageous developments of the device and its method are the subject of
  • an optoelectronic component According to the invention, an optoelectronic component
  • Carrier element arranged semiconductor chip and a
  • the semiconductor chip has an active layer suitable for generating or detecting electromagnetic radiation.
  • the potting compound encloses the semiconductor chip at least in some areas and forms a main surface terminating the device.
  • a recess is formed in the potting compound, in which an electrically conductive contact structure is arranged such that the contact structure does not project beyond the main surface.
  • An optoelectronic component is in particular a
  • the optoelectronic component is a
  • the semiconductor chip has a fastening side with which the semiconductor chip is arranged on the carrier element.
  • the semiconductor chip has a radiation exit side, which is arranged opposite to the attachment side, and from which the radiation emitted by the semiconductor chip emerges for the most part.
  • the semiconductor chip is a
  • the arrangement of the contact structure in the recess of the potting compound can mechanical influences on this
  • the recess is formed in the potting material in particular such that the contact structure is lower relative to the main surface. This improves
  • the component is delimited in particular by main surfaces, wherein the contact structure is completely within the
  • Contact structure mechanical stress, as he, for example can arise when populating the device on an external circuit board is not exposed.
  • the electrically conductive contact structure connects an upper contact region of the semiconductor chip, in particular on the radiation exit side, with a first electrical connection surface of the carrier element.
  • the upper one is the upper one
  • the semiconductor chip is arranged with the attachment side on a second electrical connection surface of the carrier element and contacted with this electrically.
  • the semiconductor chip is in particular with the second
  • connection surface via a connection layer, such as an electrically conductive adhesive or a solder layer, electrically conductively connected and / or fixed thereto.
  • connection layer such as an electrically conductive adhesive or a solder layer
  • the semiconductor chip is in particular a light-emitting diode, in short LED.
  • the semiconductor chip is a thin-film LED.
  • an LED is regarded as the thin-film LED, during its production the growth substrate, onto which a semiconductor layer sequence which forms a semiconductor body of the semiconductor substrate Thin-film semiconductor chips forms, for example, has been epitaxially grown, has been replaced.
  • a thickness of the thin film semiconductor chip is, for example, at most 12 ym or at most 8 ym
  • the semiconductor chip may be a photodiode or a phototransistor.
  • the semiconductor chip has one for the detection of electromagnetic radiation
  • the active layer of the semiconductor chip preferably has a heterostructure, in particular a double heterostructure, a single or multiple quantum well structure.
  • the semiconductor chip in particular the active layer, at least one I I I I / V semiconductor material, such as a
  • Main surface is a planar plane.
  • the surface of the contact structure and the main surface are arranged flush with each other.
  • the component is therefore through the main surface and terminated by the surface of the contact structure external to the environment.
  • the main surface formed by the potting compound may be parallel or substantially parallel to the
  • the main surface may be flat, so be free of curvature. In a further development, the main surface dominates the
  • the contact structure is deeper in this case compared to the main surface. This will be the
  • the protective layer further improves the contact structure from mechanical stress and environmental influences
  • the protective layer may be limited to the potting compound. It is possible that the protective layer is spaced from the contact structure, so that the
  • the protective layer has a
  • the protective layer is adjacent in a development directly to the potting compound and the contact structure.
  • Production-conditioned air pockets are irrelevant.
  • Semiconductor chip and the potting compound are in some areas in direct contact with each other. It is possible that the
  • Semiconductor chip is completely enclosed by the potting compound, together with the carrier element and the contact structure and electrical connections.
  • the contact structure seen in a cross section, as the recess U-shaped.
  • the contact structure penetrates from a first electrical connection area, which is located laterally next to the semiconductor chip on the carrier element, into one
  • Carrier element facing away from the top of the potting compound over the radiation exit side of the semiconductor chip and then extends in a direction toward the support element to the
  • the potting compound is a transparent electrically insulating material, for example silicone or a silicone-epoxy hybrid material, in particular a
  • Silicone film or a silicone body Silicone film or a silicone body.
  • the conversion elements are evenly distributed in the potting compound.
  • a scattering agent for a light-emitting diode.
  • Example scattering particles such as a titanium oxide, and / or introduced a filter medium. It is also possible that the potting compound is free of further, optically active
  • Ingredients such as conversion elements, scattering agents or filter media.
  • the semiconductor chip emits a primary radiation having a first wavelength.
  • Potting compound partially or completely absorbs radiation of the first wavelength and emits a secondary radiation of a second wavelength.
  • the component emits mixed radiation, in particular, which emits both the primary radiation of the semiconductor chip and the secondary radiation of the
  • the device emits white radiation.
  • the potting compound may contain more than one conversion element. This results in a mixed radiation of the element emitted radiation containing primary radiation and a plurality of secondary radiation of the plurality of conversion elements.
  • a conversion plate can be arranged on the semiconductor chip. In this case, the conversion plate is applied directly on the radiation exit side of the semiconductor chip, for example
  • the contact structure comprises copper.
  • the contact structure is a copper conductor track.
  • the carrier element has a ceramic, Al 2 O 3 or AlN.
  • further semiconductor chips are arranged on the carrier element, wherein the potting compound has further recesses, and in the further recesses in each case a further electrically conductive contact structure is arranged such that they do not project beyond the main surface.
  • the contact structures are therefore deeper than the
  • the component can be singulated such that individual components each having at least one
  • Single component also have a plurality of semiconductor chips.
  • the recess can be formed by means of a tool which is used during the application of the potting compound.
  • the potting compound by means of a molding process on the Carrier element arranged, wherein the tool used in the molding process has a shape such that the recesses is formed in the potting compound.
  • Figure 1A is a schematic cross section of a
  • FIG. 1B shows a schematic cross section of another
  • Figure IC is a plan view of another embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1A shows an intermediate product of an optoelectronic component which has a carrier element 1 on which a semiconductor chip 2 is arranged.
  • a carrier element 1 On the carrier element 1, a first electrical connection surface 11 and a second electrical connection surface 12 are arranged, which for
  • Support element 1 are arranged.
  • the electric Pads 11, 12 are electrically isolated from each other by distance.
  • the semiconductor chip 2 is electrically conductively connected to the second pad 12 via a connection layer, such as an electrically conductive adhesive or solder layer, and / or attached thereto.
  • a connection layer such as an electrically conductive adhesive or solder layer
  • the semiconductor chip 2 is electrically conductively connected via an electrically conductive contact structure (not shown).
  • the electrical connection by means of the contact structure is illustrated and explained in more detail in particular in connection with FIG. 1B.
  • the semiconductor chip 2 has a for generating or for
  • the semiconductor chip 2 is an LED.
  • the semiconductor chip 2 is a thin-film LED.
  • the semiconductor chip 2 is preferably based on a nitride, a phosphide or an arsenide compound semiconductor.
  • the semiconductor chip 2 is embedded in a potting compound 3, which has, for example, silicone.
  • the potting compound 3 forms a component terminating main surface 31.
  • In the potting compound 3 is further a recess. 4
  • an electrically conductive contact structure is arranged (see, for example, Figure 1B).
  • the recess 4 is formed such that partially the first electrical
  • Pad 11 is present free of potting compound.
  • an upper contact region of the semiconductor chip is free from
  • the recess 4 extends from the first electrical connection pad 11 to the upper contact region of the semiconductor chip.
  • the recess 4 is formed by means of a laser ablation process.
  • the recess 4 can be formed by means of a tool which is used during the application of the potting compound.
  • the potting compound for example, the
  • the potting compound 3 has a transparent material.
  • the potting compound 3 is at least partially transparent in the wavelength range of the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • at least one conversion element can be embedded in the potting compound 3, which converts the radiation emitted by the semiconductor chip 2 into radiation of a different wavelength. This can be a
  • Component can be achieved that emits mixed radiation of emitted radiation of the semiconductor chip 2 and conversion radiation, such as white radiation.
  • the conversion tile contains at least one
  • Conversion element for converting the radiation emitted by the semiconductor chip and the radiation exit surface of the semiconductor chip 2 is arranged directly downstream.
  • Semiconductor chip 2 emitted radiation passes for decoupling therefore directly through the conversion plate 7 and is converted in the conversion plate 7 at least partially into radiation of a different wavelength.
  • the carrier element 1 has a ceramic, Al 2 O 3 or AlN. There is also the possibility of the invention
  • Such components thus have component arrays with a plurality of semiconductor chips, and can be singled after the manufacturing process such that each individual component
  • the embodiment of Figure IB differs from the embodiment of Figure 1A in that the device according to the invention is completely made.
  • the recess 4 is an electrically conductive
  • Contact structure 5 is therefore completely in the component or in the limiting main surfaces of the
  • the contact structure 5 has copper.
  • the contact structure is a copper conductor track.
  • the contact structure 5 fills the recess 4 completely or up to a certain height with respect to the carrier element 1.
  • the embodiment of Figure 1B differs from the embodiment of Figure 1A by a arranged on the main surface 31 and the contact structure 5
  • the protective layer has, in particular, a transparent material such that the radiation emitted or detected by the semiconductor chip passes through it
  • FIG. 1B is substantially identical to the embodiment of FIG. 1A
  • Figure IC shows a plan view of an inventive
  • the semiconductor chip 2 is shown in plan view, which is surrounded by the transparent potting compound 3.
  • the contact structure 5 is shown, the upper
  • Contact region of the semiconductor chip 2 with the contact surface 11 of the support member 1 electrically connects to each other and extends L-shaped and not completely spans the semiconductor chip 2.
  • the contact structure 5 is in the present
  • FIG. 1C is identical to the embodiment of FIG. 1B.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features, which in particular any combination of features in the

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Abstract

Es ist ein optoelektronisches Bauelement vorgesehen, das ein Trägerelement (1), einem auf dem Trägerelement (1) angeordneten Halbleiterchip (2) und eine Vergussmasse (3) aufweist. Der Halbleiterchip (2) weist eine zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht auf. Die Vergussmasse (3) umschließt den Halbleiterchip (2) zumindest bereichsweise und bildet eine das Bauelement abschließende Hauptfläche (31) aus. In der Vergussmasse (3) ist eine Ausnehmung (4) ausgebildet, in der eine elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (5) derart angeordnet ist, dass diese die Hauptfläche (31) nicht überragt. Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Trägerelement, einem Halbleiterchip und einer
Vergussmasse gemäß Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen
optoelektronischen Bauelements gemäß Patentanspruch 13.
Herkömmliche optoelektronische Bauelemente weisen unter anderem eine Kontaktierung über eine transparente
Vergussmasse auf. Dabei wird ein Halbleiterchip auf einem Trägerelement angeordnet und mit einem elektrisch
isolierenden Material umhüllt, wobei anschließend Öffnungen über Kontaktbereiche des Halbleiterchips in dem elektrisch isolierenden Material eingebracht werden. Mittels Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur auf dem
elektrisch isolierenden Material kann eine elektrische
Verbindung zwischen Halbleiterchip und Anschlusskontakte des Trägerelements realisiert werden.
Dabei ist die elektrisch leitfähige Kontaktstruktur auf der Oberfläche des elektrisch isolierenden Materials aufgebracht, wodurch diese elektrisch leitfähige Kontaktstruktur jedoch nicht von dem elektrisch isolierenden Material geschützt wird. Durch äußere mechanische Krafteinwirkungen können so insbesondere im Herstellungsprozess oder anschließend an den Herstellungsprozess , beispielsweise beim Bestücken des
Bauelements auf einer externen Leiterplatte, Schädigungen an der elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur auftreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieses Nachteils ein optoelektronisches Bauelement zu
schaffen, das eine verbesserte Robustheit und dadurch eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Als Lebensdauer wird insbesondere die Zeit definiert, in welcher die Helligkeit der emittierten Strahlung des
Bauelements bis auf einen definierten Bruchteil des
Anfangswertes, zum Beispiel auf die Hälfte oder auf 1/e, absinkt .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Bauelements und dessen Verfahren sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein optoelektronisches Bauelement
vorgesehen, das ein Trägerelement, einen auf dem
Trägerelement angeordneten Halbleiterchip und eine
Vergussmasse aufweist. Der Halbleiterchip weist eine zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht auf. Die Vergussmasse umschließt den Halbleiterchip zumindest bereichsweise und bildet eine das Bauelement abschließende Hauptfläche aus. In der Vergussmasse ist eine Ausnehmung ausgebildet, in der eine elektrisch leitfähige Kontaktstruktur derart angeordnet ist, dass die Kontaktstruktur die Hauptfläche nicht überragt.
Ein optoelektronisches Bauelement ist insbesondere ein
Bauelement, das die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Lichtemission ermöglicht, oder umgekehrt. Beispielsweise ist das optoelektronische Bauelement ein
Strahlungsemittierendes oder Strahlungsempfangendes
Bauelement . Der Halbleiterchip weist eine Befestigungsseite auf, mit der der Halbleiterchip auf dem Trägerelement angeordnet ist. Der Halbleiterchip weist eine Strahlungsaustrittsseite auf, die gegenüber der Befestigungsseite angeordnet ist, und aus der die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zum größten Teil austritt.
Beispielsweise ist der Halbleiterchip ein
oberflächenemittierender Chip, wobei die Vergussmasse den Halbleiterchip direkt und vollständig umgibt. Die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung tritt somit zum
Auskoppeln aus dem Bauelement durch die Vergussmasse.
Durch die Anordnung der Kontaktstruktur in der Ausnehmung der Vergussmasse können mechanische Einflüsse an dieser
Kontaktstruktur und dadurch bedingte Beschädigungen dieser Kontaktstruktur minimiert, insbesondere verhindert werden. Dabei wird die Ausnehmung im Vergussmaterial insbesondere derart ausgebildet, dass die Kontaktstruktur gegenüber der Hauptfläche tiefer liegt. Dadurch verbessert sich
insbesondere die Robustheit derartiger Bauelemente sowie die Lebensdauer .
Das Bauelement wird insbesondere durch Hauptflächen begrenzt, wobei die Kontaktstruktur vollständig innerhalb der
Hauptflächen angeordnet ist. Die Kontaktstruktur ragt demnach nicht aus dem Bauelement heraus, wodurch diese
Kontaktstruktur mechanischem Stress, wie er beispielsweise beim Bestücken des Bauelements auf einer externen Leiterplatte entstehen kann, nicht ausgesetzt wird.
Die elektrisch leitfähige Kontaktstruktur verbindet einen oberen Kontaktbereich des Halbleiterchips, insbesondere an der Strahlungsaustrittsseite, mit einer ersten elektrischen Anschlussfläche des Trägerelements. Dabei ist der obere
Kontaktbereich des Halbleiterchips frei von Vergussmasse. Beispielsweise weist die Vergussmasse in diesem Bereich einen Durchbruch auf, der die Vergussmasse vollständig durchdringen kann .
Der Halbleiterchip ist mit der Befestigungsseite auf einer zweiten elektrischen Anschlussfläche des Trägerelements angeordnet und mit diesem elektrisch kontaktiert. Die
elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips erfolgt demnach über die erste und zweite elektrische Anschlussfläche des Trägerelements, wobei die elektrische Verbindung unter anderem über die Kontaktstruktur erfolgt.
Der Halbleiterchip ist insbesondere mit der zweiten
elektrischen Anschlussfläche über eine Anschlussschicht, etwa eine elektrisch leitende Klebstoff- oder eine Lötschicht, elektrisch leitend verbunden und/oder auf dieser befestigt. Mit der ersten elektrischen Anschlussfläche ist der
Halbleiterchip über die Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden .
Der Halbleiterchip ist insbesondere eine Leuchtdiode, kurz LED. Bevorzugt ist der Halbleiterchip eine Dünnfilm-LED. Als Dünnfilm-LED wird im Rahmen der Anmeldung eine LED angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat , auf den eine Halbleiterschichtenfolge, die einen Halbleiterkörper des Dünnfilmhalbleiterchips bildet, beispielsweise epitaktisch aufgewachsen wurde, abgelöst worden ist. Eine Dicke des Dünnfilmhalbleiterchips beträgt zum Beispiel höchstens 12 ym oder höchstens 8 ym
Alternativ kann der Halbleiterchip eine Fotodiode oder ein Fototransistor sein. In diesem Fall weist der Halbleiterchip eine zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung
geeignete aktive Schicht auf.
Die aktive Schicht des Halbleiterchips weist vorzugsweise eine Heterostruktur, insbesondere eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- oder Mehrfachquantentopfstruktur auf. Mittels derartiger Strukturen, insbesondere einer
Mehrfachquantentopfstruktur oder einer Doppelheterostruktur, können besonders hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden .
Bevorzugt enthält der Halbleiterchip, insbesondere die aktive Schicht, mindestens ein I I I /V-Halbleitermaterial , etwa ein
Material aus den Materialsystemen InxGayAl]__x_yP, InxGayAl]__ x_yN oder InxGayAl]__x_yAs, jeweils mit 0 < x < y < 1 und x + y < 1. I I I /V-Halbleitermaterialien sind zur
Strahlungserzeugung im ultravioletten ( InxGayAl]__x_yN) , über den sichtbaren ( InxGayAl]__x_yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder InxGayAl]__x_yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (InxGayAl]__x_yAs) Spektralbereich besonders geeignet. In einer Weiterbildung bildet die Kontaktstruktur und die
Hauptfläche eine planare Ebene aus. Dabei sind die Oberfläche der Kontaktstruktur und die Hauptfläche bündig zueinander angeordnet. Das Bauelement wird demnach durch die Hauptfläche und durch die Oberfläche der Kontaktstruktur extern zur Umgebung hin abgeschlossen.
Die durch die Vergussmasse gebildete Hauptfläche kann parallel oder im Wesentlichen parallel zu der
Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips ausgerichtet sein. Weiterhin kann die Hauptfläche eben geformt sein, also frei von Krümmungen sein. In einer Weiterbildung überragt die Hauptfläche die
Kontaktstruktur. Die Kontaktstruktur liegt in diesem Fall gegenüber der Hauptfläche tiefer. Dadurch wird die
Kontaktstruktur vorteilhafterweise mittels der Vergussmasse vor mechanischen Beschädigungen und Umwelteinflüssen
geschützt.
In einer Weiterbildung ist auf der Hauptfläche und der
Kontaktstruktur zumindest bereichsweise eine Schutzschicht angeordnet. Durch die Schutzschicht wird die Kontaktstruktur weiter vor mechanischem Stress und Umwelteinflüssen
geschützt. Die Schutzschicht kann auf die Vergussmasse beschränkt sein. Es ist möglich, dass die Schutzschicht von der Kontaktstruktur beabstandet ist, so dass sich die
Schutzschicht und die Kontaktstruktur nicht berühren.
In einer Weiterbildung weist die Schutzschicht ein
transparentes Material auf. Insbesondere ist die
Schutzschicht der Strahlungsaustrittsseite des
Halbleiterchips nachgeordnet, sodass die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung bei Auskopplung aus dem Bauelement durch die Schutzschicht hindurch tritt. Die Schutzschicht grenzt in einer Weiterbildung direkt an die Vergussmasse und die Kontaktstruktur an. Zwischen
Schutzschicht und Vergussmasse sowie Schutzschicht und
Kontaktstruktur ist dann somit kein Abstand, wie
beispielsweise Luft, angeordnet, wobei dabei
herstellungsbedingte Lufteinschlüsse unbeachtlich sind.
In einer Weiterbildung weist die Vergussmasse ein
transparentes Material auf. Insbesondere umhüllt die
Vergussmasse den Halbleiterchip vollständig, sodass aus dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zum Auskoppeln aus dem Bauelement durch die Vergussmasse hindurch tritt. Der
Halbleiterchip und die Vergussmasse stehen bereichsweise in direktem Kontakt zueinander. Es ist möglich, dass der
Halbleiterchip vollständig von der Vergussmasse, zusammen mit dem Trägerelement und der Kontaktstruktur und elektrischen Anschlüssen, umschlossen ist.
In einer Weiterbildung ist die Kontaktstruktur, in einem Querschnitt gesehen, wie die Ausnehmung U-förmig ausgebildet. Insbesondere durchdringt die Kontaktstruktur von einer ersten elektrischen Anschlussfläche, die sich lateral neben dem Halbleiterchip an dem Trägerelement befindet, in eine
Richtung senkrecht weg von dem Trägerelement die Vergussmasse vollständig und verläuft unmittelbar auf einer dem
Trägerelement abgewandten Oberseite der Vergussmasse bis über die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und verläuft dann in eine Richtung hin zu dem Trägerelement bis zum
Halbleiterchip .
In einer Weiterbildung ist die Vergussmasse ein transparentes elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial , insbesondere eine
Silikonfolie oder ein Silikonkörper.
In einer Weiterbildung sind in der Vergussmasse
Konversionselemente eingebettet. Die Konversionselemente sind gleichmäßig in der Vergussmasse verteilt. Alternativ oder zusätzlich ist in der Vergussmasse ein Streumittel, zum
Beispiel Streupartikel etwa aus einem Titanoxid, und/oder ein Filtermittel eingebracht. Ebenso ist es möglich, dass die Vergussmasse frei ist von weiteren, optisch aktiven
Bestandteilen wie Konversionselementen, Streumitteln oder Filtermitteln .
Der Halbleiterchip emittiert eine Primärstrahlung mit einer ersten Wellenlänge. Das Konversionselement in der
Vergussmasse absorbiert teilweise oder vollständig Strahlung der ersten Wellenlänge und emittiert eine Sekundärstrahlung einer zweiten Wellenlänge. Dadurch emittiert das Bauelement insbesondere Mischstrahlung, die sowohl die Primärstrahlung des Halbleiterchips als auch die Sekundärstrahlung des
Konversionselements enthält. Durch eine gezielte Wahl des Konversionselements kann eine Korrektur des Farborts der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erfolgen, wodurch sich ein gewünschter Farbort der von dem Bauelement
emittierten Strahlung ergibt. Beispielsweise emittiert so das Bauelement weiße Strahlung.
Unter dem Farbort werden insbesondere die Zahlenwerte
verstanden, die die Farbe des emittierten Lichts des
Bauelements im CIE-Farbraum beschreiben.
Zudem kann die Vergussmasse mehr als ein Konversionselement enthalten. Dadurch ergibt sich eine Mischstrahlung der von dem Bauelement emittierten Strahlung, die Primärstrahlung und mehrere Sekundärstrahlungen der mehreren Konversionselemente enthält . Alternativ oder zusätzlich kann auf dem Halbleiterchip ein Konversionsplättchen angeordnet sein. In diesem Fall ist direkt auf der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips das Konversionsplättchen aufgebracht, beispielsweise
aufgeklebt. Dadurch tritt die von dem Halbleiterchip
emittierte Strahlung vor Auskoppeln aus dem Bauelement direkt durch das Konversionsplättchen, und kann so zumindest
teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt werden . In einer Weiterbildung weist die Kontaktstruktur Kupfer auf. Beispielsweise ist die Kontaktstruktur eine Kupferleiterbahn.
In einer Weiterbildung weist das Trägerelement eine Keramik, AI2O3 oder A1N auf.
In einer Weiterbildung sind auf dem Trägerelement weitere Halbleiterchips angeordnet, wobei die Vergussmasse weitere Ausnehmungen aufweist, und in den weiteren Ausnehmungen jeweils eine weitere elektrisch leitende Kontaktstruktur derart angeordnet ist, dass diese die Hauptfläche jeweils nicht überragen.
Die Kontaktstrukturen liegen demnach tiefer als die
Vergussmasse, wodurch die Kontaktstrukturen vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden können. Insbesondere weist die Vergussmasse im Vergleich zu den Kontaktstrukturen in vertikaler Richtung eine größere Höhe auf. Als vertikale Richtung wird insbesondere die Richtung senkrecht zur
Hauptfläche des Bauelements angesehen.
Anschließend kann das Bauelement derart vereinzelt werden, dass Einzelbauelemente mit jeweils zumindest einem
Halbleiterchip entstehen. Je nach Anwendung kann ein
Einzelbauelement auch eine Mehrzahl von Halbleiterchips aufweisen .
In einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements mit einem Trägerelement, einem Halbleiterchip un einer Vergussmasse finden folgende Verfahrensschritte
Anwendung :
- Aufbringen des Halbleiterchips auf dem Trägerelement,
- Aufbringen der Vergussmasse auf dem Trägerelement derart, dass diese den Halbleiterchip zumindest bereichsweise umschließt und eine das Bauelement abschließende Hauptfläche ausbildet,
- Ausbilden einer Ausnehmung in der Vergussmasse, und
- Einbringen einer elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur in der Ausnehmung derart, dass die Kontaktstruktur die
Hauptfläche nicht überragt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Weiterbildungen des Bauelements und umgekehrt.
In einer Weiterbildung wird die Ausnehmung in der
Vergussmasse mittels eines Laserablationsverfahrens
ausgebildet. Alternativ kann die Ausnehmung mittels eines Werkzeugs ausgebildet werden, das während dem Aufbringen der Vergussmasse Verwendung findet. Insbesondere wird in diesem Fall die Vergussmasse mittels eines Moldprozesses auf dem Trägerelement angeordnet, wobei das im Moldprozess verwendete Werkzeug eine derartige Form aufweist, dass die Ausnehmungen in der Vergussmasse ausgebildet wird.
Weitere Merkmale, Vorteile, Weiterbildungen und
Zweckmäßigkeiten des Bauelements und dessen Verfahren ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis IC erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1A einen schematischen Querschnitt eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Bauelements im Herstellungsprozess ,
Figur 1B einen schematischen Querschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines fertigen
erfindungsgemäßen Bauelements, und
Figur IC eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements.
Gleich oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten
Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Figur 1A zeigt ein Zwischenprodukt eines optoelektronischen Bauelements, das ein Trägerelement 1 aufweist, auf dem ein Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Auf dem Trägerelement 1 sind eine erste elektrische Anschlussfläche 11 und eine zweite elektrische Anschlussfläche 12 angeordnet, die zur
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 dienen und die auf der dem Halbleiterchip 2 zugewandten Seite des
Trägerelements 1 angeordnet sind. Die elektrische Anschlussflächen 11, 12 sind voneinander elektrisch durch Abstand isoliert.
Der Halbleiterchip 2 ist mit der zweiten Anschlussfläche 12 über eine Anschlussschicht, etwa eine elektrisch leitende Klebstoff- oder Lotschicht, elektrisch leitend verbunden und/oder auf dieser befestigt. Mit der zweiten
Anschlussfläche 11 ist der Halbleiterchip 2 über eine elektrisch leitende Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden (nicht dargestellt) . Die elektrische Verbindung mittels der Kontaktstruktur ist insbesondere im Zusammenhang mit Figur 1B näher dargestellt und erläutert.
Der Halbleiterchip 2 weist eine zur Erzeugung oder zur
Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht auf. Beispielsweise ist der Halbleiterchip 2 eine LED. Bevorzugt ist der Halbleiterchip 2 eine Dünnfilm-LED. Der Halbleiterchip 2 basiert bevorzugt auf einem Nitrid-, einem Phosphid- oder einem Arsenidverbindungshalbleiter .
Der Halbleiterchip 2 ist in eine Vergussmasse 3 eingebettet, die beispielsweise Silikon aufweist. Die Vergussmasse 3 bildet eine das Bauelement abschließende Hauptfläche 31 aus. In der Vergussmasse 3 ist weiter eine Ausnehmung 4
ausgebildet, in der im weiteren Herstellungsprozess eine elektrisch leitfähige Kontaktstruktur angeordnet wird (siehe beispielsweise Figur 1B) . Die Ausnehmung 4 ist dabei derart ausgebildet, dass bereichsweise die erste elektrische
Anschlussfläche 11 frei von Vergussmasse vorliegt. Zudem ist ein oberer Kontaktbereich des Halbleiterchips frei von
Vergussmasse 3. Insbesondere erstreckt sich die Ausnehmung 4 von der ersten elektrischen Anschlussfläche 11 zu dem oberen Kontaktbereich des Halbleiterchips. Die Ausnehmung 4 wird mittels eines Laserablationsverfahrens ausgebildet. Alternativ kann die Ausnehmung 4 mittels eines Werkzeugs ausgebildet werden, das während dem Aufbringen der Vergussmasse verwendet wird. Beispielsweise wird die
Vergussmasse 3 auf dem Trägerelement 1 aufgemoldet, wobei das Moldwerkzeug im Bereich der Ausnehmung 4 derart ausgebildet ist, dass in der Vergussmasse 3 diese Ausnehmung ausgebildet wird .
Die Vergussmasse 3 weist ein transparentes Material auf.
Beispielsweise ist die Vergussmasse 3 im Wellenlängenbereich der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung zumindest teilweise transparent. Alternativ kann in der Vergussmasse 3 zumindest ein Konversionselement eingebettet sein, das die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge konvertiert. Dadurch kann ein
Bauelement erzielt werden, das Mischstrahlung aus emittierter Strahlung des Halbleiterchips 2 und Konversionsstrahlung emittiert, beispielsweise weiße Strahlung.
Zudem kann, wie in Figur 1A dargestellt, auf dem
Halbleiterchip 2 ein Konversionsplättchen 7 angeordnet sein. Das Konversionsplättchen enthält zumindest ein
Konversionselement zur Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung und ist der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 2 direkt nachgeordnet. Von dem
Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung tritt zur Auskopplung demnach direkt durch das Konversionsplättchen 7 und wird in dem Konversionsplättchen 7 zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge konvertiert.
Das Trägerelement 1 weist eine Keramik, AI2O3 oder A1N auf. Es besteht zudem die Möglichkeit, das erfindungsgemäße
Bauelement in Großserie herzustellen. Dazu weist das
Bauelement eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, die von der Vergussmasse umschlossen sind, und die über jeweils eine
Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden sind. Derartige Bauelemente weisen so Bauelementarrays mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips auf, und können nach dem Herstellungsprozess derart vereinzelt werden, dass jedes Einzelbauelement
zumindest einen Halbleiterchip aufweist (nicht dargestellt) .
Das Ausführungsbeispiel der Figur IB unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A dadurch, dass das erfindungsgemäße Bauelement vollständig gefertigt ist. Dazu ist in der Ausnehmung 4 eine elektrisch leitfähige
Kontaktstruktur 5 eingebracht, wobei die Kontaktstruktur 5 die Hauptfläche 31 des Bauelements nicht überragt. Die
Kontaktstruktur 5 ist demnach vollständig im Bauelement beziehungsweise in den begrenzenden Hauptflächen des
Bauelements angeordnet, sodass die Kontaktstruktur 5 vor mechanischen Einflüssen und dadurch bedingte Beschädigungen geschützt werden kann. Insbesondere verbindet die
Kontaktstruktur 5 die erste elektrische Anschlussfläche 11 des Trägerelements 1 mit dem oberen Kontaktbereich des
Halbleiterchips 2.
Im Ausführungsbeispiel der Figur IB bilden die
Kontaktstruktur 5, die im Querschnitt gesehen U-förmig ist, und die Hauptfläche 31 eine planare Ebene aus. Die Oberfläche der Kontaktstruktur 5 und die Hauptfläche 31 sind dabei bündig zueinander angeordnet. Alternativ kann die Hauptfläche 31 die Kontaktstruktur 5 überragen. In diesem Fall liegt die Kontaktstruktur 5 gegenüber der Hauptfläche 31 tiefer (nicht dargestellt) .
Die Kontaktstruktur 5 weist Kupfer auf. Beispielsweise ist die Kontaktstruktur eine Kupferleiterbahn. Insbesondere füllt die Kontaktstruktur 5 die Ausnehmung 4 vollständig oder bis zu einer bestimmten Höhe, bezogen auf das Trägerelement 1, aus . Zudem unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel der Figur 1B von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A durch eine auf der Hauptfläche 31 und der Kontaktstruktur 5 angeordnete
Schutzschicht 6. Die Schutzschicht weist insbesondere ein transparentes Material auf, sodass die von dem Halbleiterchip emittierte oder detektierte Strahlung durch diese
Schutzschicht hindurch treten kann. Zudem weist die
Schutzschicht 6 einen Durchbruch 61 auf, durch den das
Bauelement von extern elektrisch kontaktierbar ist. Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der Figur 1B im Wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A
überein .
Figur IC zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes
Bauelement. Es ist der Halbleiterchip 2 in Aufsicht gezeigt, der von der transparenten Vergussmasse 3 umgeben ist. Zudem ist die Kontaktstruktur 5 dargestellt, die den oberen
Kontaktbereich des Halbleiterchips 2 mit der Kontaktfläche 11 des Trägerelements 1 elektrisch miteinander verbindet und L- förmig verläuft und den Halbleiterchip 2 nicht vollständig überspannt. Die Kontaktstruktur 5 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel gewinkelt ausgeführt. Insbesondere schließt die Oberfläche der Kontaktstruktur 5 bündig mit der Hauptfläche 31 ab, sodass eine planare Ebene des Bauelements erzeugt wird. Die Kontaktstruktur 5 überragt in vertikaler Richtung die Vergussmasse 3 demnach nicht. Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der Figur IC mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 1B überein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst 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 10 2010 031 732 2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

1. Optoelektronisches Bauelement mit einem Trägerelement (1), einem auf dem Trägerelement (1) angeordneten
Halbleiterchip (2) und einer Vergussmasse (3), wobei
- der Halbleiterchip (2) eine zur Erzeugung oder
Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht aufweist,
- die Vergussmasse (3) den Halbleiterchip (2) zumindest bereichsweise umschließt und eine das Bauelement
abschließende Hauptfläche (31) ausbildet,
- in der Vergussmasse (3) eine Ausnehmung (4) ausgebildet ist, und
- in der Ausnehmung (4) eine elektrisch leitfähige
Kontaktstruktur (5) derart angeordnet ist, dass die
Kontaktstruktur (5) die Hauptfläche (31) nicht überragt.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Kontaktstruktur (5) und die Hauptfläche (31) eine planare Ebene ausbilden.
3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Hauptfläche (31) die Kontaktstruktur (5) überragt.
4. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 3, wobei die Hauptfläche (31) parallel zu einer dem Trägerelement
(1) abgewandten Strahlungsaustrittsseite des
Halbleiterchips orientiert ist und die Kontaktstruktur
(5), in einem Querschnitt gesehen, wie die Ausnehmung (4) U-förmig ausgebildet ist und von einer ersten
elektrischen Anschlussfläche (11), die sich lateral neben dem Halbleiterchip (2) an dem Trägerelement (1) befindet, in eine Richtung senkrecht weg von dem Trägerelement (1) die Vergussmasse (5) vollständig durchdringt und
unmittelbar auf einer dem Trägerelement (1) abgewandten Oberseite der Vergussmasse (3) bis über die
Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips (2)
verläuft .
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
auf der Hauptfläche (31) und der Kontaktstruktur (5) zumindest bereichsweise eine Schutzschicht (6) angeordnet ist .
6. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 4,
die Schutzschicht (6) ein transparentes Material
aufweist .
7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Vergussmasse (3) ein transparentes Material aufweist.
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
in der Vergussmasse (3) Konversionselemente eingebettet sind .
9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
auf dem Halbleiterchip (2) ein Konversionsplättchen (7) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktstruktur (5) Kupfer aufweist und die
Vergussmasse (3) Silikon aufweist oder eine Silikonfolie ist .
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Trägerelement (1) eine Keramik, AI2O3 oder A1N aufweist .
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- auf dem Trägerelement (1) weitere Halbleiterchips (2) angeordnet sind,
- die Vergussmasse (3) weitere Ausnehmungen (4) aufweist, und
- in den weiteren Ausnehmungen (4) jeweils eine weitere elektrisch leitende Kontaktstruktur (5) derart angeordnet ist, dass diese die Hauptfläche (31) jeweils nicht überragt .
13. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements mit folgenden Verfahrensschritten:
- Aufbringen eines Halbleiterchips (2) auf einem
Trägerelement (1),
- Aufbringen einer Vergussmasse (3) auf dem Trägerelement
(1) derart, dass diese den Halbleiterchip (2) zumindest bereichsweise umschließt und eine das Bauelement
abschließende Hauptfläche (31) ausbildet,
- Ausbilden einer Ausnehmung (4) in der Vergussmasse, und - Einbringen einer elektrisch leitfähige Kontaktstruktur
(5) in der Ausnehmung (4) derart, dass die
Kontaktstruktur (5) die Hauptfläche (31) nicht überragt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei
die Ausnehmung (4) mittels Laserablation ausgebildet wird .
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei
die Ausnehmung (4) mittels eines Werkzeugs ausgebildet wird, das während dem Aufbringen der Vergussmasse (3) verwendet wird.
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