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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein optoelektronisches Bauelement.
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Ein optoelektronisches Bauelement zum Erzeugen von Lichtstrahlung kann in Form eines oberflächenmontierbaren QFN-Bauelements (Quad Flat No Leads) verwirklicht sein. Bei der Herstellung derartiger Bauelemente, welche im Verbund durchgeführt werden kann, kann ein metallischer Leiterrahmen (Leadframe) zum Einsatz kommen. Der Leiterrahmen weist Leiterrahmenabschnitte und die Leiterrahmenabschnitte verbindende Verbindungsstege (auch als Tie Bars oder Support Bars bezeichnet) auf. Die Leiterrahmenabschnitte dienen zum Tragen von Halbleiterchips und zur elektrischen Kontaktierung. Die Verbindungsstege dienen zum Zusammenhalten des Leiterrahmens.
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Die optoelektronischen Bauelemente können mit einem oder mehreren strahlungsemittierenden Halbleiterchips, sowie gegebenenfalls zusätzlich mit einem Treiberchip hergestellt werden. Ferner kann ein Gehäusekörper mit einer Kavität zum Aufnehmen des oder der mehreren Halbleiterchips ausgebildet werden. Zu diesem Zweck kann ein mit dem Leiterrahmen verbundener Kunststoffkörper mit Kavitäten ausgebildet werden, welcher bei einer am Verfahrensende durchgeführten Vereinzelung zusammen mit den Verbindungsstegen des Leiterrahmens durchtrennt wird.
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Bei der Herstellung kann es zu einem Verbiegen von Verbindungsstegen des Leiterrahmens und damit zu Ausbeuteverlusten kommen. Abhängig von der Bauweise der optoelektronischen Bauelemente und der Anzahl an Leiterrahmenabschnitten pro Bauelement kann der Leiterrahmen ferner den Bauelementen zugeordnete Rahmenteile aufweisen. Dies ist mit einem Platzbedarf und entsprechenden Kosten verbunden. Bei einem optoelektronischen Bauelement mit einem Gehäusekörper mit einer Kavität, in welcher strahlungsemittierende Halbleiterchips und ein Treiberchip angeordnet sind, kann der Treiberchip von den strahlungsemittierenden Halbleiterchips beleuchtet werden, was seine Funktionalität beeinträchtigen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Herstellung optoelektronischer Bauelemente, sowie für ein verbessertes optoelektronisches Bauelement, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein metallischer Träger bereitgestellt. Der Träger weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite auf. Ein weiterer Schritt ist ein vorderseitiges Entfernen von Trägermaterial, so dass der Träger im Bereich der Vorderseite hervorstehende Trägerabschnitte und dazwischen angeordnete Vertiefungen aufweist. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines an Trägerabschnitte angrenzenden Kunststoffkörpers, und ein Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf Trägerabschnitten. Ein weiterer Schritt ist ein rückseitiges Entfernen von Trägermaterial im Bereich der Vertiefungen, so dass der Träger in separate Trägerabschnitte strukturiert wird. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Durchführen einer Vereinzelung. Bei diesem Schritt wird der Kunststoffkörper zwischen separaten Trägerabschnitten durchtrennt und werden vereinzelte optoelektronische Bauelemente mit wenigstens einem optoelektronischen Halbleiterchip gebildet.
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In dem Verfahren erfolgt ein Vorstrukturieren des bereitgestellten metallischen Trägers, indem metallisches Trägermaterial des Trägers vorderseitig entfernt wird. Der auf diese Weise vorstrukturierte metallische Träger weist im Bereich der Vorderseite hervorstehende Trägerabschnitte und dazwischen angeordnete Vertiefungen auf. In diesem Zustand sind die hervorstehenden Trägerabschnitte weiterhin über rückseitiges Trägermaterial miteinander verbunden. Die hervorstehenden Trägerabschnitte können umfangsseitig von den Vertiefungen umschlossen sein. Die Vertiefungen können ineinander übergehen und eine zusammenhängende Grabenstruktur bilden.
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Der Kunststoffkörper kann nach dem vorderseitigen Entfernen von metallischem Trägermaterial, und damit auf dem vorstrukturierten metallischen Träger, ausgebildet werden. Das Ausbilden des Kunststoffkörpers kann ein Anordnen eines Kunststoffmaterials auf dem vorstrukturierten Träger umfassen. Hierbei kann das Kunststoffmaterial wenigstens in den Vertiefungen des Trägers angeordnet werden.
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Durch das rückseitige Entfernen von metallischem Trägermaterial des Trägers, was nach dem Anordnen eines Kunststoffmaterials des Kunststoffkörpers bzw. nach dem Ausbilden des Kunststoffkörpers erfolgen kann, wird der Träger in separate, d.h. nicht mehr über Trägermaterial miteinander verbundene metallische Trägerabschnitte strukturiert. Dieser Prozess wird an vorgegebenen Stellen im Bereich der zuvor erzeugten Vertiefungen durchgeführt. Auf diese Weise können die im Bereich der Vorderseite des Trägers hervorstehenden Trägerabschnitte in die separaten Trägerabschnitte übergehen bzw. in diese umgesetzt werden, oder anders ausgedrückt, können die zuvor miteinander verbundenen Trägerabschnitte voneinander separiert werden. Hierdurch können Kurzschlussverbindungen von Trägerabschnitten unterbrochen werden. Nach dem Vorstrukturieren und nach dem Strukturieren des Trägers kann jeweils eine übereinstimmende Anzahl an Trägerabschnitten vorliegen. Die separaten Trägerabschnitte können wenigstens über den Kunststoffkörper zusammengehalten werden.
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Bei der Vereinzelung werden der Kunststoffkörper und damit der zuvor erzeugte Bauelementverbund zwischen den separaten metallischen Trägerabschnitten durchtrennt. Auf diese Weise werden vereinzelte optoelektronische Bauelemente mit wenigstens einem optoelektronischen Halbleiterchip gebildet. Die optoelektronischen Bauelemente können mehrere separate Trägerabschnitte und einen durch das Durchtrennen aus dem Kunststoffkörper hervorgegangenen Kunststoffgehäusekörper aufweisen. Der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip kann auf wenigstens einem Trägerabschnitt angeordnet sein.
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Die gemäß dem Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelemente können QFN-Bauelemente sein, welche für eine Oberflächenmontage (SMT, Surface Mounting Technology) geeignet sind. Bei den optoelektronischen Bauelementen können die metallischen Trägerabschnitte oder kann zumindest ein Teil der Trägerabschnitte rückseitige Anschlussflächen der Bauelemente bilden. Diese Trägerabschnitte können ferner an einer Rückseite der Bauelemente hervorstehen. Auf diese Weise können die Bauelemente eine strukturierte Rückseite aufweisen.
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Das vorgeschlagene Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Der vorstrukturierte metallische Träger kann eine hohe Stabilität und Robustheit besitzen. Die Stabilität kann höher sein als bei einem herkömmlichen, Leiterrahmenabschnitte und Verbindungsstege aufweisenden Leiterrahmen. Infolgedessen lässt sich das Verfahren mit einer hohen Zuverlässigkeit und Ausbeute durchführen. Darüber hinaus kann das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden. Denn neben Verbindungsstegen kann auch eine Verwendung von Rahmenteilen entfallen. Der Wegfall von Verbindungsstegen macht es ferner möglich, die optoelektronischen Bauelemente mit kleinen Außenabmessungen herzustellen. Darüber hinaus wird eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Ausgestaltung der Trägerabschnitte ermöglicht. Daher kann zum Beispiel eine Ausgestaltung verwirklicht werden, in welcher für jedes der hergestellten Bauelemente wenigstens ein metallischer Trägerabschnitt von einer Gruppe aus Trägerabschnitten umgeben ist. Des Weiteren kann die Vereinzelung, in welcher der Kunststoffkörper zwischen den separaten metallischen Trägerabschnitten durchtrennt wird, einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Denn hierbei erfolgt kein langsames Durchtrennen bzw. Durchsägen von metallischem Trägermaterial.
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Die optoelektronischen Bauelemente können sich, bedingt durch die Verwendung des metallischen und im Laufe des Verfahrens in separate Trägerabschnitte strukturierten Trägers, durch eine effiziente Wärmeabführung und einen kleinen thermischen Widerstand auszeichnen. Ferner können die optoelektronischen Bauelemente, aufgrund des Durchtrennens des Kunststoffkörpers zwischen separaten metallischen Trägerabschnitten, eine umlaufende Mantelfläche (Gesamtheit der lateralen Außenseiten) besitzen, welche ausschließlich durch den Kunststoffgehäusekörper gebildet ist. Auf diese Weise können Probleme, wie sie bei herkömmlichen Bauelementen mit durchtrennten und sich zu lateralen Außenseiten erstreckenden metallischen Verbindungsstegen auftreten können (zum Beispiel Korrosion, Undichtigkeit), vermieden werden.
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Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen und Details beschrieben, welche für das Verfahren und für die gemäß dem Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelemente in Betracht kommen können.
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Der bereitgestellte metallische Träger kann eine plattenförmige oder bandförmige Gestalt besitzen. Auch kann der Träger eine ebene oder im Wesentlichen ebene Vorderseite sowie eine ebene oder im Wesentlichen ebene Rückseite aufweisen. Ferner kann der Träger zum Beispiel aus Kupfer ausgebildet sein bzw. Kupfer aufweisen. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher der Träger aus einem anderen metallischen Material ausgebildet ist bzw. ein anderes metallisches Material aufweist, zum Beispiel Eisen-Nickel, Aluminium oder Molybdän.
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In einer weiteren Ausführungsform werden das vorderseitige und das rückseitige Entfernen von metallischem Trägermaterial mittels Ätzen durchgeführt. Möglich ist zum Beispiel ein isotropes Ätzen. Dies lässt sich durch ein nasschemisches Ätzverfahren verwirklichen. Durch das isotrope Ätzen können die Vertiefungen ein rundes Querschnittsprofil aufweisen. Auch können die Vertiefungen einen Unterschnitt besitzen, wodurch eine Verzahnung zwischen dem Träger und dem Kunststoffkörper, und dadurch auch zwischen den separaten Trägerabschnitten und dem Kunststoffkörper, möglich ist. Des Weiteren können die separaten Trägerabschnitte oder kann zumindest ein Teil der Trägerabschnitte Seitenflanken mit zwei gekrümmten und eine gemeinsame Kante bildenden Teilflanken aufweisen.
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Im Hinblick auf das Ätzen kann der metallische Träger mit einer Ätzmaske auf der Vorderseite und einer Ätzmaske auf der Rückseite bereitgestellt werden. Die Ätzmasken können separate Schichtabschnitte umfassen, mit welchen Bereiche der Vorderseite und der Rückseite des Trägers abgedeckt sind.
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Des Weiteren können die vorderseitige und/oder die rückseitige Ätzmaske metallische Ätzmasken sein. Solche Ätzmasken können unter Anwendung von wenigstens einem Metallisierungsverfahren (Plating) auf dem metallischen Träger ausgebildet werden. Die metallischen Ätzmasken können nach dem Entfernen von Trägermaterial weiterhin auf dem Träger und den Trägerabschnitten verbleiben, und insofern als Bestandteil des Trägers und der Trägerabschnitte angesehen werden. Hierbei können die Ätzmasken als kontaktierbare Beschichtungen dienen, welche sich zum Beispiel zum Löten, Anbinden von Kontaktstrukturen wie zum Beispiel Bonddrähten, usw. eignen.
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Es ist auch möglich, als Ätzmaske eine Lackmaske aus einem Fotolackmaterial einzusetzen. Eine solche Ausprägung kann für eine rückseitige Ätzmaske und für den weiter unten erläuterten Fall in Betracht kommen, dass die rückseitige Ätzmaske entfernt wird und nachfolgend metallische Trägerabschnitte mit einer Benetzungsschicht versehen werden. Die Ausgestaltung aus einem Fotolackmaterial ermöglicht ein einfaches Entfernen der Ätzmaske. Auch eine vorderseitige Ätzmaske kann in Form einer Lackmaske aus einem Fotolackmaterial zum Einsatz kommen.
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Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, bei dem Strukturieren des metallischen Trägers in separate Trägerabschnitte Trägermaterial nicht nur im Bereich der Vertiefungen, sondern auch an anderen Stellen rückseitig zu entfernen bzw. zu ätzen. Dies lässt sich durch eine hierauf abgestimmte rückseitige Ätzmaske verwirklichen. Auf diese Weise können zum Beispiel separate Trägerabschnitte ausgebildet werden, welche eine rückseitige Vertiefung, eine stufenförmige Gestalt oder eine im Vergleich zu anderen Trägerabschnitten kleinere Dicke besitzen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips auf Trägerabschnitten vor dem rückseitigen Entfernen von metallischem Trägermaterial, und damit vor dem Strukturieren des Trägers in separate Trägerabschnitte, durchgeführt. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Chipmontage der optoelektronischen Halbleiterchips somit auf dem vorstrukturierten metallischen Träger. Dieser Vorgang kann nach dem Aufbringen eines Kunststoffmaterials des Kunststoffkörpers auf dem Träger bzw. nach dem Ausbilden des Kunststoffkörpers durchgeführt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips auf Trägerabschnitten nach dem rückseitigen Entfernen von metallischem Trägermaterial, und damit nach dem Strukturieren des Trägers in separate Trägerabschnitte, durchgeführt. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Montage der optoelektronischen Halbleiterchips somit auf separaten metallischen Trägerabschnitten. Auch dieser Vorgang kann nach dem Anordnen eines Kunststoffmaterials des Kunststoffkörpers auf dem Träger bzw. nach dem Ausbilden des Kunststoffkörpers durchgeführt werden. Das Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf bereits separierten Trägerabschnitten bietet die Möglichkeit, eine Beschädigung von Halbleiterchips bei dem rückseitiges Entfernen von Trägermaterial zu vermeiden.
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann die Montage der optoelektronischen Halbleiterchips auf einer Anordnung erfolgen, welche separate metallische Trägerabschnitte und den Kunststoffkörper umfasst. Diese Anordnung kann ein vorgefertigtes Gehäuse, auch als Premolded Package bezeichnet, bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die in dem Verfahren verwendeten optoelektronischen Halbleiterchips strahlungsemittierende Halbleiterchips. Auf diese Weise können mit Hilfe des Verfahrens strahlungsemittierende optoelektronische Bauelemente hergestellt werden. Die Halbleiterchips können zum Beispiel Leuchtdiodenchips sein, welche im Folgenden auch als LED-Chips (Light Emitting Diode) bezeichnet werden.
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Die Montage der optoelektronischen Halbleiterchips kann derart erfolgen, dass die Halbleiterchips jeweils auf lediglich einem oder auf mehreren Trägerabschnitten platziert werden. Bei diesem Vorgang können die Halbleiterchips zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Sintern auf Trägerabschnitten befestigt werden. Sofern die Halbleiterchips einen oder mehrere Rückseitenkontakte aufweisen, können die Halbleiterchips bzw. deren Rückseitenkontakte hierdurch mit Trägerabschnitten elektrisch verbunden werden. Bei einer Ausgestaltung der Halbleiterchips mit einem oder mehreren Vorderseitenkontakten können ferner elektrische Kontaktstrukturen ausgebildet werden, über welche die Vorderseitenkontakte mit Trägerabschnitten elektrisch verbunden sind. Möglich ist zum Beispiel ein Anschließen von Bonddrähten oder ein Ausbilden von metallischen Kontaktschichten, welche auch als PI-Kontakte (Planar Interconnect) oder RDL-Schichten (Redistribution Layer) bezeichnet werden. Im Rahmen des Ausbildens von Kontaktschichten können ferner eine oder mehrere isolierende und seitlich an die Halbleiterchips heranreichende Schichten mit Aussparungen zum Freihalten von zu kontaktierenden Bereichen von Trägerabschnitten ausgebildet werden. Hierauf können die Kontaktschichten ausgebildet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ausbilden des Kunststoffkörpers derart, dass der Kunststoffkörper Kavitäten aufweist. Nachfolgend werden die optoelektronischen Halbleiterchips in Kavitäten des Kunststoffkörpers auf Trägerabschnitten angeordnet. Das Ausbilden eines solchen Kunststoffkörpers kann mit Hilfe eines Formprozesses (Moldprozess) durchgeführt werden, in welchem ein Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs (Moldwerkzeug) auf dem vorstrukturierten metallischen Träger aufgebracht wird. Es kann zum Beispiel ein reflektives Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen. Ein solches Kunststoffmaterial kann reflektierende Partikel enthalten und eine weiße Farbe besitzen. Möglich ist auch die Verwendung eines schwarzen Kunststoffmaterials. Über die Kavitäten des Kunststoffkörpers sind Trägerabschnitte wenigstens zum Teil freigestellt, so dass hierauf optoelektronische Halbleiterchips angeordnet werden können. Die Kavitäten können eine sich in Richtung einer Vorderseite der herzustellenden optoelektronischen Bauelemente erweiternde Querschnittsform mit zum Beispiel schrägen Seitenwänden aufweisen. Hierdurch können die Kavitäten als Reflektoren bei den optoelektronischen Bauelementen dienen. Bei der Vereinzelung kann der Kunststoffkörper in Kunststoffgehäusekörper mit wenigstens einer Kavität unterteilt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Füllmaterial in Kavitäten des Kunststoffkörpers eingebracht. Auf diese Weise können sich in den Kavitäten befindende Halbleiterchips verkapselt und damit vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Im Hinblick auf die in dem Verfahren verwendeten optoelektronischen bzw. strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann das Füllmaterial ein strahlungsdurchlässiges bzw. klares Kunststoffmaterial sein. Möglich ist auch die Verwendung eines strahlungsdurchlässigen und Leuchtstoffpartikel enthaltenden Kunststoffmaterials als Füllmaterial. Auf diese Weise kann eine Strahlungskonversion der im Betrieb von wenigstens einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip abgegebenen Strahlung bewirkt werden.
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Im Hinblick auf das Erzielen einer Strahlungskonversion ist ferner die Möglichkeit gegeben, strahlungsemittierende Halbleiterchips zu verwenden, welche bereits ein schichtförmiges oder plättchenförmiges Konversionselement zur Strahlungskonversion aufweisen. Des Weiteren kann eine solche Konversionsschicht oder ein Konversionselement auch nach der Chipmontage auf Halbleiterchips ausgebildet oder angeordnet werden.
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Mit Hilfe des Verfahrens können optoelektronische Bauelemente mit einem einzelnen optoelektronischen bzw. strahlungsemittierenden Halbleiterchip, oder Bauelemente mit mehreren optoelektronischen bzw. strahlungsemittierenden Halbleiterchips gefertigt werden. Die mehreren Halbleiterchips können gegebenenfalls zum Erzeugen unterschiedlicher Lichtstrahlungen ausgebildet sein. In Bezug auf letztere Variante können zum Beispiel RGB-Bauelemente verwirklicht werden, welche einen Halbleiterchip zur Emission einer roten Lichtstrahlung, einen Halbleiterchip zur Emission einer grünen Lichtstrahlung und einen Halbleiterchip zur Emission einer blauen Lichtstrahlung aufweisen. In entsprechender Weise wird die Chipmontage hierbei mit rot emittierenden, grün emittierenden und blau emittierenden Halbleiterchips durchgeführt. Sofern ein Kunststoffkörper mit Kavitäten ausgebildet wird, können jeweils mehrere optoelektronische bzw. strahlungsemittierende Halbleiterchip, welche einem optoelektronischen Bauelement zugehörig sind, in einer gemeinsamen Kavität platziert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich zu optoelektronischen Halbleiterchips Treiberchips auf Trägerabschnitten angeordnet. Des Weiteren erfolgt die Vereinzelung in einer solchen Weise, dass die hierdurch gebildeten optoelektronischen Bauelemente einen Treiberchip aufweisen. Mit Hilfe der Treiberchips können die optoelektronischen Halbleiterchips der optoelektronischen Bauelemente elektrisch angesteuert werden.
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Die Montage der Treiberchips kann vor oder nach dem rückseitigen Entfernen von metallischem Trägermaterial erfolgen.
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Ferner können die Treiberchips zusammen mit den optoelektronischen Halbleiterchips, oder alternativ vor den optoelektronischen Halbleiterchips montiert werden. Die zweite Variante kann zu dem Zweck erfolgen, ein vorgefertigtes Gehäuse (Premolded Package) mit Treiberchips bereitzustellen, und erst nachfolgend die Montage der optoelektronischen Halbleiterchips durchzuführen.
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Hinsichtlich der Montage der Treiberchips können oben zu den optoelektronischen Halbleiterchips beschriebene Merkmale und Details in entsprechender Weise zur Anwendung kommen. Beispielsweise können die Treiberchips durch Kleben, Löten oder Sintern auf einem oder mehreren Trägerabschnitten befestigt werden. Die Treiberchips können mehrere Vorderseitenkontakte aufweisen. Es können elektrische Kontaktstrukturen in Form von zum Beispiel Bonddrähten oder metallischen Kontaktschichten ausgebildet werden, über welche die Vorderseitenkontakte der Treiberchips mit Trägerabschnitten elektrisch verbunden sind. Auf diese Weise können elektrische Verbindungen zwischen den Treiberchips und optoelektronischen Halbleiterchips hergestellt werden. Bei den auf diese Weise gefertigten optoelektronischen Bauelementen können ein Treiberchip und ein optoelektronischer Halbleiterchip wenigstens über einen metallischen Trägerabschnitt, und gegebenenfalls eine weitere Komponente wie zum Beispiel ein Bonddraht, elektrisch verbunden sein.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ausbilden des Kunststoffkörpers derart, dass die Treiberchips in dem Kunststoffkörper eingebettet werden. Sofern der Kunststoffkörper mit Kavitäten ausgebildet wird, können die Treiberchips gemäß einer alternativen Ausführungsform auch in Kavitäten des Kunststoffkörpers angeordnet werden. Hierbei kann es sich um Kavitäten handeln, welche lediglich für die Treiberchips und nicht für die optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehen sind. Auch in solche Kavitäten kann ein Füllmaterial eingebracht werden. Hierbei kann es sich um ein strahlungsundurchlässiges Kunststoffmaterial handeln. Durch die vorgenannten Ausführungsformen kann ein Bestrahlen von Treiberchips mit Strahlung von optoelektronischen Halbleiterchips, und damit eine Beeinträchtigung der Funktionalität der Treiberchips, unterdrückt werden.
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In Bezug auf die Verwendung von Treiberchips besteht die Möglichkeit, optoelektronische Bauelemente herzustellen, welche einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und einen Treiberchip zum Ansteuern des strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufweisen.
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Des Weiteren können optoelektronische Bauelemente hergestellt werden, welche mehrere strahlungsemittierende Halbleiterchips und wenigstens einen Treiberchip zum Ansteuern der strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufweisen. Die Halbleiterchips können zum Erzeugen unterschiedlicher Lichtstrahlungen, zum Beispiel einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung, ausgebildet sein. In dieser Ausgestaltung können die optoelektronischen Bauelemente zum Beispiel als intelligente RGB-Beleuchtungs-Bauelemente für den Innenraum von Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Hierbei können die Bauelemente an der Batteriespannung eines Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die Batteriespannung kann wesentlich höher sein als die Vorwärtsspannung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips, wodurch eine hohe thermische Verlustleistung entstehen kann. Durch die Ausgestaltung der Bauelemente mit den metallischen Trägerabschnitten kann die auftretende Wärmeenergie in effizienter Weise abgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Durchgangslöcher in dem metallischen Träger ausgebildet. Ferner erfolgt das anschließende Ausbilden des Kunststoffkörpers derart, dass der Kunststoffkörper in den Durchgangslöchern angeordnete rückseitige Verankerungsabschnitte aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Verankerung und dadurch zuverlässige Befestigung des Kunststoffkörpers an dem metallischen Träger, und infolgedessen auch an den nach dem Strukturieren des Trägers vorhandenen separaten Trägerabschnitten. In entsprechender Weise können die nach der Vereinzelung vorliegenden Kunststoffgehäusekörper der optoelektronischen Bauelemente einen oder mehrere rückseitige Verankerungsabschnitte aufweisen, mit welchen die Kunststoffgehäusekörper an separaten Trägerabschnitten verankert sein können. Bei der Vereinzelung können Verankerungsabschnitte des Kunststoffkörpers durchtrennt, und dadurch auf mehrere Kunststoffgehäusekörper verteilt werden. Durch die Verankerung können eine hohe Zuverlässigkeit des Verfahrens sowie eine hohe mechanische Stabilität und Robustheit der optoelektronischen Bauelemente erzielt werden.
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform besteht die Möglichkeit, Durchgangslöcher im Bereich von Vertiefungen des vorstrukturierten metallischen Trägers, und damit durch rückseitiges Entfernen von metallischem Trägermaterial, auszubilden. Derartige Durchgangslöcher können in die Vertiefungen übergehen. Zusätzlich oder alternativ können Durchgangslöcher auch innerhalb von hervorstehenden Trägerabschnitten des vorstrukturierten Trägers vorgesehen sein. Dies lässt sich durch vorder- und rückseitiges Entfernen von Trägermaterial verwirklichen. Hierbei kann das vorderseitige Entfernen von Trägermaterial im Rahmen des Ausbildens der Vertiefungen durchgeführt werden. Das Entfernen von Trägermaterial kann jeweils mittels Ätzen erfolgen.
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Die Verankerungsabschnitte können wenigstens zum Teil eine sich in Richtung der Rückseite des Trägers, und nach dem Strukturieren des Trägers bzw. nach der Vereinzelung in Richtung der Rückseite von separaten Trägerabschnitten verbreiternde Form aufweisen. Hierdurch kann eine zuverlässige Verankerung erzielt werden. Diese Ausgestaltung lässt sich verwirklichen, indem das Ausbilden der Durchgangslöcher mittels Ätzen bzw. isotropem Ätzen durchgeführt wird. Auf diese Weise können die Durchgangslöcher eine sich wenigstens zum Teil in Richtung der Rückseite des Trägers verbreiternde Form besitzen. Das rückseitige Entfernen bzw. Ätzen von Trägermaterial kann des Weiteren derart durchgeführt werden, dass die Durchgangslöcher im Bereich der Rückseite des Trägers eine sich stufenförmig verbreiternde bzw. sich stufenförmig gegenüber den Vertiefungen verbreiternde Form aufweisen. In entsprechender Weise können die Verankerungsabschnitte eine im Bereich der Rückseite sich stufenförmig verbreiternde Form besitzen.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ausbilden des Kunststoffkörpers derart, dass die optoelektronischen Halbleiterchips in dem Kunststoffkörper eingebettet werden. Auch auf diese Weise können die Halbleiterchips verkapselt und damit vor äußeren Einflüssen geschützt werden.
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Für das Ausbilden eines solchen verkapselnden Kunststoffkörpers kann ein Kunststoffmaterial auf dem vorstrukturierten und mit optoelektronischen Halbleiterchips bestückten metallischen Träger angeordnet werden. Das Kunststoffmaterial kann in Form einer durchgehenden und die optoelektronischen Halbleiterchips bedeckenden Schicht aufgebracht werden. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Formprozess oder ein Vergießprozess durchgeführt werden. Im Hinblick auf die in dem Verfahren verwendeten optoelektronischen bzw. strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann das Kunststoffmaterial strahlungsdurchlässig bzw. klar sein. Möglich ist es auch, dass das Kunststoffmaterial strahlungsdurchlässig ist und Leuchtstoffpartikel enthält. Hierdurch kann eine Strahlungskonversion der im Betrieb der optoelektronischen Bauelemente von wenigstens einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip abgegebenen Strahlung bewirkt werden.
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Im Hinblick ein Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips in dem Kunststoffkörper kann ferner folgende Ausführungsform in Betracht kommen. Hierbei umfasst das Ausbilden des Kunststoffkörpers ein Anordnen eines ersten und eines zweiten Kunststoffmaterials. Das erste Kunststoffmaterial ist ein reflektives Kunststoffmaterial und wird vor dem Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips in den Vertiefungen des vorstrukturierten Trägers angeordnet. Hierbei kann das erste Kunststoffmaterial bündig mit im Bereich der Vorderseite hervorstehenden Trägerabschnitten abschließen. Nach dem Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips wird das zweite Kunststoffmaterial auf dem ersten Kunststoffmaterial, den optoelektronischen Halbleiterchips und Trägerabschnitten angeordnet. Dadurch werden die optoelektronischen Halbleiterchips in dem zweiten Kunststoffmaterial eingebettet.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Kunststoffkörper aus zwei unterschiedliche Kunststoffmaterialien, d.h. dem ersten und zweiten Kunststoffmaterial, gebildet. In entsprechender Weise weisen die nach dem Vereinzeln vorliegenden Kunststoffgehäusekörper der optoelektronischen Bauelemente das erste und zweite Kunststoffmaterial auf. Hierbei kann mit Hilfe des reflektiven ersten Kunststoffmaterials eine rückseitige Strahlungsemission im Betrieb der optoelektronischen Bauelemente verhindert werden. Das erste Kunststoffmaterial kann reflektierende Partikel enthalten und eine weiße Farbe besitzen. Das zweite Kunststoffmaterial kann strahlungsdurchlässig bzw. klar sein. Möglich ist es auch, dass das zweite Kunststoffmaterial strahlungsdurchlässig ist und Leuchtstoffpartikel enthält, so dass eine Strahlungskonversion bewirkt werden kann.
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Wie oben angegeben wurde, kann bei den mit Hilfe des Verfahrens hergestellten optoelektronischen Bauelementen zumindest ein Teil der metallischen Trägerabschnitte an einer Rückseite der Bauelemente hervorstehen. Diese Trägerabschnitte können rückseitige Anschlussflächen der optoelektronischen Bauelemente bilden, mit deren Hilfe die Bauelemente durch Löten im Rahmen einer Oberflächenmontage auf Anschlussflächen einer weiteren Vorrichtung, zum Beispiel einer Leiterplatte, angeordnet werden können. Für eine zuverlässige Oberflächenmontage können die betreffenden Trägerabschnitte ferner derart gestaltet werden, dass eine definierte Benetzung der Trägerabschnitte an vorgegebenen Stellen mit einem Lotmittel erzielt werden kann. In diesem Zusammenhang können folgende Ausführungsformen in Betracht kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Strukturieren des metallischen Trägers in separate Trägerabschnitte eine metallische Benetzungsschicht auf einer Rückseite und auf Seitenflanken von Trägerabschnitten ausgebildet. Zu diesem Zweck kann eine zunächst noch auf Trägerabschnitten rückseitig vorhandene Ätzmaske (sofern vorhanden) entfernt werden, und kann nachfolgend, oder nach einer zusätzlichen Reinigung der Trägerabschnitte, das Ausbilden der metallischen Benetzungsschicht unter Anwendung von wenigstens einem Metallisierungsverfahren erfolgen. Diese Prozesse können vor der Vereinzelung durchgeführt werden. Die Ausgestaltung von Trägerabschnitten mit einer auf einer Rückseite und auf Seitenflanken vorhandenen Benetzungsschicht macht eine mehrseitige Benetzung der Trägerabschnitte über eine relativ große Benetzungsfläche mit einem Lotmittel möglich. Auf diese Weise kann eine hohe Scherfestigkeit der oberflächenmontierten optoelektronischen Bauelemente erzielt werden. Ferner ist eine Lötkontrolle möglich.
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In einer alternativen Ausführungsform werden nach dem Strukturieren des metallischen Trägers in separate Trägerabschnitte eine Antibenetzungsschicht auf Seitenflanken und eine metallische Benetzungsschicht auf einer Rückseite von Trägerabschnitten ausgebildet. Die Antibenetzungsschicht ist eine Schicht, auf welcher keine oder nur eine geringfügige Benetzung mit einem Lotmittel erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann eine zunächst noch auf Trägerabschnitten rückseitig vorhandene Ätzmaske (sofern vorhanden) entfernt werden, und kann nachfolgend, oder nach einer zusätzlichen Reinigung der Trägerabschnitte, die Antibenetzungsschicht auf Seitenflanken und auf einer Rückseite von Trägerabschnitten ausgebildet werden. Hierzu kann eine metallische Schicht wie zum Beispiel eine Nickel-Schicht durch ein Metallisierungsverfahren auf den betreffenden Trägerabschnitten ausgebildet und nachfolgend oxidiert werden. Die dadurch gebildete Antibenetzungsschicht kann anschließend an der Rückseite der Trägerabschnitte zumindest teilweise entfernt werden, zum Beispiel auf mechanische Weise mittels Schleifen oder Läppen. Im Anschluss hieran kann die metallische Benetzungsschicht unter Anwendung von wenigstens einem Metallisierungsverfahren auf der Rückseite der Trägerabschnitte ausgebildet werden. In dieser Ausgestaltung kann in gezielter Weise eine lediglich rückseitige und planare Benetzung von Trägerabschnitten mit einem Lotmittel bewirkt werden. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, kleine Trägerabschnitte und kleine Abstände zwischen Trägerabschnitten vorzusehen und infolgedessen optoelektronische Bauelemente mit kleinen Abmessungen herzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronisches Bauelement vorgeschlagen. Das optoelektronische Bauelement weist mehrere separate metallische Trägerabschnitte, einen an die Trägerabschnitte angrenzenden Kunststoffgehäusekörper und wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Der optoelektronische Halbleiterchip ist auf wenigstens einem Trägerabschnitt angeordnet. Eine umlaufende Mantelfläche des optoelektronischen Bauelements ist durch den Kunststoffgehäusekörper gebildet.
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Das optoelektronische Bauelement weist eine durch den Kunststoffgehäusekörper gebildete Mantelfläche auf. Somit liegt an der Mantelfläche kein metallisches Material vor. Das optoelektronische Bauelement kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren oder gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein. Daher können einzelne oder mehrere der im Folgenden genannten Ausführungsformen und Merkmale bei dem optoelektronischen Bauelement vorliegen.
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Das optoelektronische Bauelement kann ein oberflächenmontierbares Bauelement sein. Das Bauelement kann ein QFN-Bauelement sein. Eine Rückseite des Bauelements, welche durch den Kunststoffgehäusekörper und die metallischen Trägerabschnitte gebildet sein kann, kann strukturiert und nicht eben sein. Zumindest ein Teil der Trägerabschnitte kann an der Rückseite hervorstehen. Die rückseitig hervorstehenden Trägerabschnitte können rückseitige Anschlussflächen des Bauelements bilden.
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Auch können die Trägerabschnitte bzw. kann zumindest ein Teil der Trägerabschnitte Seitenflanken mit zwei gekrümmten und eine gemeinsame Kante bildenden Teilflanken aufweisen.
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Mit Bezug auf die strukturierte Rückseite können die Trägerabschnitte gegenüber dem Kunststoffgehäusekörper bzw. Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäusekörpers hervorstehen. Der Überstand kann zum Beispiel im zweistelligen Mikrometerbereich liegen. Denkbar ist zum Beispiel ein Überstand im Bereich von 50µm. Möglich sind auch andere Überstände, zum Beispiel im Bereich von 20µm oder 30µm.
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Zumindest ein Teil der metallischen Trägerabschnitte kann auf einer Rückseite und auf Seitenflanken eine metallische Benetzungsschicht aufweisen. Möglich ist es auch, dass zumindest ein Teil der metallischen Trägerabschnitte auf Seitenflanken eine Antibenetzungsschicht aufweist. Diese Trägerabschnitte können ferner auf einer Rückseite eine metallische Benetzungsschicht aufweisen. Hierbei können die Anschlussflächen des optoelektronischen Bauelements durch die Benetzungsschichten der Trägerabschnitte gebildet sein.
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Der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip kann ein strahlungsemittierender Halbleiterchip bzw. ein LED-Chip sein. Das optoelektronische Bauelement kann ein RGB-Bauelement mit einem rot emittierenden, einem grün emittierenden und einem blau emittierenden Halbleiterchip sein.
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Der Kunststoffgehäusekörper kann aus einem Kunststoffmaterial, zum Beispiel einem weißen reflektiven oder einem schwarzen Kunststoffmaterial, ausgebildet sein. Eine Vorderseite des optoelektronischen Bauelements kann wenigstens zum Teil durch den Kunststoffgehäusekörper gebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Kunststoffgehäusekörper eine Kavität auf, in welcher der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip angeordnet ist. Die Kavität kann mit einem Füllmaterial verfüllt sein, welches strahlungsdurchlässig sein kann und gegebenenfalls Leuchtstoffpartikel enthalten kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip in dem Kunststoffgehäusekörper eingebettet. Hierbei kann der Kunststoffgehäusekörper wenigstens zum Teil aus einem strahlungsdurchlässigen und gegebenenfalls Leuchtstoffpartikel enthaltenden Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Des Weiteren kann der Kunststoffgehäusekörper aus einem ersten und einem zweiten Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Das erste Kunststoffmaterial kann ein reflektives Kunststoffmaterial sein, und sich seitlich neben und zwischen den Trägerabschnitten befinden. Das zweite Kunststoffmaterial kann auf dem ersten Kunststoffmaterial, den Trägerabschnitten und dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet sein, so dass der Halbleiterchip in dem zweiten Kunststoffmaterial eingebettet ist. Das zweite Kunststoffmaterial kann strahlungsdurchlässig sein und gegebenenfalls Leuchtstoffpartikel enthalten.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Kunststoffgehäusekörper wenigstens einen rückseitigen Verankerungsabschnitt auf. Der Verankerungsabschnitt kann rückseitig bündig mit wenigstens einem metallischen Trägerabschnitt bzw. wenigstens mit einer durch einen Trägerabschnitt gebildeten rückseitigen Anschlussfläche abschließen. Der Verankerungsabschnitt kann seitlich an wenigstens einen Trägerabschnitt angrenzen. Der Verankerungsabschnitt kann sich ferner am Rand des Bauelements, oder in einem Bereich zwischen mehreren metallischen Trägerabschnitten des Bauelements, befinden. Möglich ist auch eine Position innerhalb eines Trägerabschnitts. Der Verankerungsabschnitt kann wenigstens zum Teil eine sich in Richtung der Rückseite des Bauelements verbreiternde Form aufweisen. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher der Verankerungsabschnitt eine im Bereich der Rückseite stufenförmig auskragende Form aufweist. Bei einer Ausgestaltung des Kunststoffgehäusekörpers mit mehreren Verankerungsabschnitten können diese seitlich und/oder innerhalb von einem oder mehreren Trägerabschnitten vorhanden sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen Treiberchip zur elektrischen Ansteuerung des wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchips auf. Der Treiberchip kann auf wenigstens einem Trägerabschnitt angeordnet ist. Der Treiberchip kann in dem Kunststoffgehäusekörper eingebettet sein oder in einer eigens für den Treiberchip vorgesehenen Kavität des Kunststoffgehäusekörpers angeordnet sein. Auch diese Kavität kann mit einem Füllmaterial verfüllt sein, welches strahlungsundurchlässig sein kann.
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Ferner können der Treiberchip und der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements wenigstens über einen metallischen Trägerabschnitt, und gegebenenfalls eine weitere Komponente wie zum Beispiel ein Bonddraht, elektrisch verbunden sein. Der betreffende Trägerabschnitt kann zum Teil über eine Kavität eines Kunststoffgehäusekörpers des Bauelements freigestellt sein, in welcher sich der optoelektronische Halbleiterchip befinden kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mit Bezug auf das Herstellungsverfahren genannte Aspekte und Details in entsprechender Weise für das optoelektronische Bauelement, und mit Bezug auf das optoelektronische Bauelement genannte Aspekte und Details in entsprechender Weise für das Herstellungsverfahren zur Anwendung kommen können.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 bis 10 einen Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, wobei ein metallischer Träger vorstrukturiert wird, ein Kunststoffkörper mit Kavitäten ausgebildet wird, optoelektronische Halbleiterchips in Kavitäten auf Trägerabschnitten angeordnet werden, die Kavitäten verfüllt werden, der Träger strukturiert wird, und ein Vereinzelungsprozess durchgeführt wird;
- 11 und 12 eine seitliche Darstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines mit dem Verfahrensablauf der 1 bis 10 hergestellten optoelektronischen Bauelements;
- 13 eine seitliche Darstellung eines vorgefertigten Gehäuses;
- 14 bis 20 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, wobei die optoelektronischen Bauelemente Verankerungsstrukturen aufweisen;
- 21 eine Aufsichtsdarstellung eines mit dem Verfahrensablauf der 14 bis 20 hergestellten optoelektronischen Bauelements;
- 22 eine seitliche Darstellung eines metallischen Trägers mit einem Kunststoffkörper und Verankerungsstrukturen;
- 23 bis 28 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, wobei die optoelektronischen Bauelemente einen optoelektronischen Halbleiterchip und einen Treiberchip aufweisen;
- 29 eine seitliche Darstellung eines vorgefertigten Gehäuses mit einem Treiberchip;
- 30 eine Aufsichtsdarstellung eines vorstrukturierten Trägers zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit drei optoelektronischen Halbleiterchips und einem Treiberchip;
- 31 eine Aufsichtsdarstellung eines optoelektronischen Bauelements mit drei optoelektronischen Halbleiterchips und einem Treiberchip;
- 32 eine rückseitige Darstellung des optoelektronischen Bauelements von 31;
- 33 bis 39 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, wobei ein metallischer Träger vorstrukturiert wird, optoelektronische Halbleiterchips auf Trägerabschnitten angeordnet werden, ein die Halbleiterchips verkapselnder Kunststoffkörper ausgebildet wird, der Träger strukturiert wird, und ein Vereinzelungsprozess durchgeführt wird;
- 40 und 41 eine seitliche Darstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines mit dem Verfahrensablauf der 33 bis 39 hergestellten optoelektronischen Bauelements;
- 42 und 43 eine seitliche Darstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements;
- 44 eine Aufsichtsdarstellung eines metallischen Trägers mit optoelektronischen Halbleiterchips, einem Kunststoffkörper und Verankerungsstrukturen;
- 45 eine seitliche Darstellung des Trägers und des Kunststoffkörpers von 44 im Bereich einer Verankerungsstruktur;
- 46 bis 49 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen, wobei ein Kunststoffkörper umfassend ein erstes und ein zweites Kunststoffmaterial ausgebildet wird;
- 50 eine seitliche Darstellung eines mit dem Verfahrensablauf der 46 bis 49 hergestellten optoelektronischen Bauelements;
- 51 eine seitliche Darstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements;
- 52 bis 53 einen Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen, wobei Trägerabschnitte mit einer Benetzungsschicht ausgebildet werden;
- 54 eine seitliche Darstellung eines optoelektronischen Bauelements mit Trägerabschnitten mit einer Benetzungsschicht, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist;
- 55 bis 57 einen Verfahrensablauf zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen anhand von seitlichen Darstellungen, wobei metallische Trägerabschnitte mit einer Antibenetzungsschicht und einer Benetzungsschicht ausgebildet werden;
- 58 eine seitliche Darstellung eines optoelektronischen Bauelements mit Trägerabschnitten mit einer Antibenetzungsschicht und einer Benetzungsschicht, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist;
- 59 und 60 eine seitliche Darstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines optoelektronischen Bauelements mit drei optoelektronischen Halbleiterchips; und
- 61 und 62 eine seitliche Darstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements mit drei optoelektronischen Halbleiterchips.
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Anhand der folgenden Figuren werden mögliche Ausgestaltungen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen 100 und von dazugehörigen Herstellungsverfahren beschrieben. Bei den optoelektronischen Bauelementen 100 handelt es sich um oberflächenmontierbare QFN-Bauelemente (Quad Flat No Leads). Im Rahmen der Herstellung können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung von optoelektronischen Bauelementen bekannte Prozesse durchgeführt werden und können in diesen Gebieten übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Prozessen weitere Prozesse durchgeführt werden und können die Bauelemente 100 zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten mit weiteren Komponenten und Strukturen gefertigt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. Daher können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Die im Folgenden erläuterten Verfahrensabläufe sind in einem Ausschnitt in den Figuren dargestellt. Hierbei können die jeweils gezeigten Bestandteile sich vielfach wiederholend vorliegen. Ein Teil der Figuren zeigt Trennlinien 290, entlang welchen ein Bauelementverbund am Verfahrensende durchtrennt wird. Anhand der Trennlinien 290 werden die zuvor in Bezug auf die jeweiligen Bauelemente 100 vorliegenden Gegebenheiten deutlich. Die Aufsichtsdarstellungen enthalten zum Teil Schnittlinien, welche sich auf Schnittebenen der dazugehörigen seitlichen Schnittdarstellungen beziehen. Hinsichtlich der Aufsichtsdarstellungen wird ferner darauf hingewiesen, dass verdeckte Bestandteile und Strukturen zum Teil anhand von gestrichelten Linien angedeutet sind.
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Die 1 bis 10 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen ein mögliches Verfahren zum gemeinsamen Herstellen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen 100. Bei dem Verfahren wird, wie in 1 gezeigt ist, ein plattenförmiger bzw. bandförmiger metallischer Träger 110 bereitgestellt. Der Träger 110 kann zum Beispiel aus Kupfer ausgebildet sein und eine Dicke 210 von zum Beispiel 0,15mm aufweisen. Der Träger 110 weist zwei entgegengesetzte Hauptseiten 111, 112, d.h. eine Vorderseite 111 und eine Rückseite 112, auf.
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Wie in 1 weiter dargestellt ist, weist der bereitgestellte metallische Träger 110 eine vorderseitige Ätzmaske 141 und eine rückseitige Ätzmaske 142 auf. Die beiden Ätzmasken 141, 142 sind in Form von strukturieren Beschichtungen des Trägers 110 verwirklicht und umfassen nebeneinander angeordnete Schichtabschnitte, mit welchen Bereiche der Vorderseite 111 und der Rückseite 112 des Trägers 110 abgedeckt sind. Auf diese Weise kann in nachfolgend durchgeführten Ätzprozessen ein selektiver Ätzabtrag an vorgegebenen Stellen der Vorderseite 111 und Rückseite 112 des Trägers 110 erzielt werden. Die Ätzmasken 141, 142 weisen Öffnungsbreiten und Abstände 241, 242 zwischen den Schichtabschnitten auf, welche mindestens 0,1mm betragen können. Möglich sind auch kleinere Abstände 241, 242 von zum Beispiel mindestens 0,025mm. Hierbei kann der Träger 110 eine gegenüber der oben genannten Dicke 210 kleinere Dicke 210 von zum Beispiel 0,05mm aufweisen.
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Bei den Ätzmasken 141, 142 handelt es sich um metallische Ätzmasken, welche durch Durchführen von wenigstens einem Metallisierungsverfahren (Plating) auf dem metallischen Träger 110 ausgebildet werden können. Die Ätzmasken 141, 142 bzw. deren Schichtabschnitte können zum Beispiel in Form von Schichtenstapeln aus NiAu, NiPdAu oder NiAg verwirklicht werden. Vor dem Metallisieren können Bereiche der Vorderseite 111 und Rückseite 112 des Trägers 110, in welchen kein Metallisieren stattfinden soll, durch Ausbilden einer Fotolackmaske in Form einer strukturierten Fotolackschicht abgedeckt werden. Nach dem Metallisieren können die Fotolackmasken wieder entfernt werden (jeweils nicht dargestellt).
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In dem vorliegenden Verfahrensablauf werden die Ätzmasken 141, 142 nicht von dem Träger 110 entfernt, und verbleiben auch bei den hergestellten optoelektronischen Bauelementen 100. Die Ätzmasken 141, 142 werden daher im Folgenden als Bestandteil des Trägers 110, und somit auch der später vorliegenden Trägerabschnitte 121, 122, angesehen. In diesem Sinne werden die Vorderseite 111 und die Rückseite 112 des Trägers 110 zum Teil durch die Ätzmasken 141, 142 selbst gebildet. Ferner bilden die Ätzmasken 141, 142 kontaktierbare Beschichtungen des Trägers 110 und der später vorliegenden Trägerabschnitte 121, 122, welche sich zum Beispiel zum Löten und Anschließen von Kontaktstrukturen wie zum Beispiel Bonddrähten 180 eignen.
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Nach dem Bereitstellen des metallischen Trägers 110 mit den Ätzmasken 141, 142 erfolgt, wie in den 2 und 7 gezeigt ist, ein Vorstrukturieren des Trägers 110 durch vorderseitiges Entfernen von metallischem Trägermaterial. Zu diesem Zweck wird ein vorderseitiges isotropes Ätzen des Trägers 110 durchgeführt. Dies lässt sich durch ein nasschemisches Ätzverfahren verwirklichen. Bei diesem Schritt wird der Träger 110 an denjenigen Stellen geätzt, welche nicht mit der vorderseitigen Ätzmaske 141 bedeckt sind. Der nach dem Ätzen vorliegende vorstrukturierte metallische Träger 110 weist im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122 und dazwischen vorhandene Vertiefungen 130 auf. Die hervorstehenden Trägerabschnitte 121, 122 werden weiterhin über rückseitiges Trägermaterial zusammengehalten. Auch sind die Trägerabschnitte 121, 122 umfangsseitig von den Vertiefungen 130 umschlossen. Hierbei gehen die Vertiefungen 130 ineinander über und bilden eine zusammenhängende gitterförmige Grabenstruktur.
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Wie in 7 gezeigt ist, werden die Trägerabschnitte 121, 122 vorliegend mit unterschiedlichen lateralen Abmessungen ausgebildet. Für jedes herzustellende optoelektronische Bauelement 100 werden ein Trägerabschnitt 121 und ein kleinerer Trägerabschnitt 122 erzeugt.
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Aufgrund der isotropen Ätzung weisen die Vertiefungen 130, wie in 2 gezeigt ist, ein rundes Querschnittsprofil auf. Auch können die Vertiefungen 130 einen leichten seitlichen Unterschnitt besitzen. Das vorderseitige Ätzen des metallischen Trägers 110 kann so weit erfolgen, dass die Vertiefungen 130 eine Tiefe 230 aufweisen, welche zwei Drittel der Dicke 210 des ursprünglich bereitgestellten Trägers 110 betragen kann (vgl. die 1 und 2). Möglich ist auch eine andere Tiefe 230, welche zum Beispiel die Hälfte der Dicke 210 des Trägers 110 betragen kann.
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Anschließend wird, wie in den 3 und 8 dargestellt ist, ein Kunststoffkörper 150 auf der Vorderseite 111 des vorstrukturierten metallischen Trägers 110 ausgebildet. Der Kunststoffkörper 150 weist Kavitäten 156 auf, über welche der Träger 110 bzw. dessen Ätzmasken-Schichtabschnitte 141 vorderseitig zum Teil freigestellt sind. Für das Ausbilden des Kunststoffkörpers 150 wird ein Kunststoffmaterial durch Durchführen eines Formprozesses (Moldprozess) mit Hilfe eines Formwerkzeugs (Moldwerkzeug) auf dem Träger 110 aufgebracht (nicht dargestellt).
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Das verwendete Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers 150 kann zum Beispiel ein Duroplast oder ein Thermoplast sein. Des Weiteren kann es sich um ein reflektives Kunststoffmaterial handeln, welches in dem Kunststoffmaterial eingebettete reflektive Partikel enthalten kann (nicht dargestellt), und welches dadurch eine weiße Farbe besitzen kann. Alternativ kann das Kunststoffmaterial eine schwarze Farbe besitzen.
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Bei dem Ausbilden des Kunststoffkörpers 150 wird das Kunststoffmaterial in den Vertiefungen 130 des metallischen Trägers 110, und am Rand der Kavitäten 156 zum Teil auch auf den Trägerabschnitten 121, 122 angeordnet (vgl. die 3 und 8). Durch den seitlichen Unterschnitt der Vertiefungen 130 ist eine Verzahnung zwischen dem Träger 110 und dem Kunststoffkörper 150 möglich.
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Der Kunststoffkörper 150 weist für jedes herzustellende optoelektronische Bauelement 100 eine eigene Kavität 156 auf. Über die Kavitäten 156 sind daher jeweils ein Trägerabschnitt 121 und ein Trägerabschnitt 122 vorderseitig zum Teil freigestellt. Im Bereich der Kavitäten 156 sind die zwischen den Trägerabschnitten 121, 122 vorhandenen Vertiefungen 130 derart mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers 150 verfüllt, dass der Kunststoffkörper 150 an dieser Stelle bündig mit dem metallischen Träger 110 bzw. mit dessen vorderseitiger Ätzmaske 141 abschließt. Hierdurch besitzen die Kavitäten 156, wie in 3 gezeigt ist, einen ebenen Boden. Anhand von 3 wird weiter deutlich, dass die Kavitäten 156 eine sich in Richtung einer Vorderseite der herzustellenden optoelektronischen Bauelemente 100 erweiternde Querschnittsform mit schräg zu dem Träger 110 verlaufenden Seitenwänden aufweisen. Durch diese Ausgestaltung können die Kavitäten 156 als Reflektoren bei den Bauelementen 100 dienen.
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Nach dem Ausbilden des Kunststoffkörpers 150 werden, wie in den 4 und 9 dargestellt ist, strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterchips 170 in den Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150 auf der Vorderseite 111 des metallischen Trägers 110 angeordnet und elektrisch an den Träger 110 angeschlossen. In jeder Kavität 156 wird ein einzelner Halbleiterchip 170 montiert.
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Die verwendeten Halbleiterchips 170 können zum Beispiel LED-Chips sein. Des Weiteren kommt bei dem vorliegenden Verfahrensablauf eine Ausgestaltung zum Einsatz, in welcher die Halbleiterchips 170 einen vorderseitigen Kontakt 175 und einen nicht gezeigten rückseitigen Kontakt aufweisen. Der vorderseitige Kontakt 175 kann, wie in 9 dargestellt ist, einen kreisförmigen Kontaktabschnitt und einen sich hiervon erstreckenden linienförmigen Kontaktabschnitt aufweisen.
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Bei der Chipmontage werden die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 170 auf den Trägerabschnitten 121 des Trägers 110 platziert. Hierbei können die Halbleiterchips 170 zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Sintern auf den Trägerabschnitten 121 befestigt werden. Auf diese Weise können gleichzeitig die rückseitigen Kontakte der Halbleiterchips 170 über ein nicht gezeigtes und in dem jeweiligen Prozess verwendetes elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial (Klebstoff, Lotmittel oder Sinterpaste) elektrisch mit den Trägerabschnitten 121 verbunden werden. Die vorderseitigen Kontakte 175 der Halbleiterchips 170 werden über Kontaktstrukturen in Form von Bonddrähten 180 elektrisch mit den jeweils benachbarten und über dieselben Kavitäten 156 zugänglichen Trägerabschnitten 122 verbunden. Hierbei werden die Bonddrähte 180 an die kreisförmigen Kontaktabschnitte der Chipkontakte 175 angeschlossen.
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Nach der Chipmontage werden die Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150, wie ebenfalls in 4 gezeigt ist, mit einem Füllmaterial 161 verfüllt. Dies erfolgt derart, dass das Füllmaterial 161 vorderseitig bündig mit dem Kunststoffkörper 150 abschließt. Mit Hilfe des Füllmaterials 161 können die sich in den Kavitäten 156 befindenden strahlungsemittierenden Halbleiterchips 170 verkapselt damit vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Das Einbringen des Füllmaterials 161 in die Kavitäten 156 kann zum Beispiel mit Hilfe eines Dispensers durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Das verwendete Füllmaterial 161 kann ein strahlungsdurchlässiges bzw. klares Kunststoffmaterial wie zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial sein. Gegebenenfalls kann das Füllmaterial 161 zusätzlich Leuchtstoffpartikel enthalten (nicht dargestellt). Auf diese Weise kann eine Strahlungskonversion einer im Betrieb von den Halbleiterchips 170 abgegebenen Lichtstrahlung bewirkt werden. In der Aufsichtsdarstellung von 9, sowie auch in folgenden Aufsichtsdarstellungen, ist das Füllmaterial 161 als klares Material dargestellt.
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Im Anschluss hieran erfolgt, wie in 5 dargestellt ist, ein Strukturieren des Trägers 110 durch rückseitiges Entfernen von metallischem Trägermaterial im Bereich der Vertiefungen 130 bis zum Erreichen des Kunststoffkörpers 150. Bei diesem Vorgang wird der Kunststoffkörper 150 rückseitig zum Teil freigestellt, und wird der Träger 110 in separate, d.h. nicht mehr über metallisches Trägermaterial miteinander verbundene metallische Trägerabschnitte 121, 122 strukturiert. Hierbei gehen die zuvor im Bereich der Vorderseite 111 des Trägers 110 hervorstehenden Trägerabschnitte 121, 122 in die separaten Trägerabschnitte 121, 122 über, oder anders ausgedrückt, werden die zuvor miteinander verbundenen Trägerabschnitte 121, 122 voneinander separiert. Entsprechend dem Vorstrukturieren werden bei dem Strukturieren des Trägers 110 für jedes herzustellende optoelektronische Bauelement 100 ein separater Trägerabschnitt 121 und ein kleinerer separater Trägerabschnitt 122 erzeugt. In diesem Zustand werden die separaten Trägerabschnitte 121, 122 über den Kunststoffkörper 150 und das Füllmaterial 161 zusammengehalten.
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Zum Strukturieren des metallischen Trägers 110 in die separaten Trägerabschnitte 121, 122 wird ein rückseitiges isotropes Ätzen des Trägers 110 durchgeführt. Dies lässt sich ebenfalls durch ein nasschemisches Ätzverfahren verwirklichen. Bei diesem Schritt wird der Träger 110 an denjenigen Stellen geätzt, welche nicht mit der rückseitigen Ätzmaske 142 bedeckt sind. Aufgrund der isotropen Ätzung weisen die Trägerabschnitte 121, 122 im Querschnitt, wie in 5 gezeigt ist, Seitenflanken 131 mit zwei gekrümmten und eine gemeinsame, seitlich hervorstehende Kante bildenden Teilflanken auf.
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Bei dem Strukturieren des metallischen Trägers 110 kann Trägermaterial nicht nur im Bereich der Vertiefungen 130, sondern auch an anderen Stellen rückseitig geätzt werden. Bei dem vorliegenden Verfahrensablauf ist dies beispielhaft in Bezug auf den in 5 gezeigten Trägerabschnitt 121 veranschaulicht. Hierbei weist die rückseitige Ätzmaske 142 im Bereich des Trägerabschnitts 121 eine Öffnung auf. Dies hat zur Folge, dass bei dem rückseitigen Ätzen eine Vertiefung 132 erzeugt wird. Aufgrund der isotropen Ätzung besitzt die rückseitige Vertiefung 132 ein rundes Querschnittsprofil. Eine solche Vertiefung 132 kann bei sämtlichen Trägerabschnitten 121 vorgesehen werden.
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Der nach dem Strukturieren des metallischen Trägers 110 vorliegende Bauelementverbund wird anschließend, wie in den 6 und 10 dargestellt ist, in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Bei diesem Vorgang erfolgt ein Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 zwischen separaten Trägerabschnitten 121, 122 entlang von Trennlinien 290. Hierdurch wird der Kunststoffkörper 150 in den einzelnen Bauelementen 100 zugehörige Kunststoffgehäusekörper 155 aufgeteilt. Das Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 kann auf mechanische Weise, zum Beispiel mittels Sägen, durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Ein einzelnes strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement 100, welches mit Hilfe des Verfahrens der 1 bis 10 hergestellt wurde, ist in einer seitlichen Schnittdarstellung und in einer Aufsichtsdarstellung in den 11 und 12 abgebildet. Das Bauelement 100 weist zwei separate und rückseitig kontaktierbare metallische Trägerabschnitte 121, 122, einen an die Trägerabschnitte 121, 122 angrenzenden und mit diesen verbundenen Kunststoffgehäusekörper 155 mit einer Kavität 156, und einen einzelnen sich in der Kavität 156 befindenden strahlungsemittierenden Halbleiterchip 170 auf. Die Kavität 156 ist mit einem Füllmaterial 161 verfüllt. Der Halbleiterchip 170 ist auf dem Trägerabschnitt 121 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Über einen Bonddraht 180 ist der Halbleiterchip 170 an den anderen Trägerabschnitt 122 elektrisch angeschlossen. Hierdurch kann der Halbleiterchip 170 im Betrieb des Bauelements 100 über die Trägerabschnitte 121, 122 mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Anhand von 11 wird weiter deutlich, dass das optoelektronische Bauelement 100 eine strukturierte Rückseite 102 aufweist, welche durch den Kunststoffgehäusekörper 155 und die Trägerabschnitte 121, 122 gebildet ist. Die Trägerabschnitte 121, 122 stehen rückseitig gegenüber dem Kunststoffgehäusekörper 155 hervor. Hierbei kann der Überstand zum Beispiel im zweistelligen Mikrometerbereich liegen. Der Überstand kann zum Beispiel 50µm betragen. Möglich sind auch andere Überstände, zum Beispiel von 20µm oder 30µm. Des Weiteren bilden die Trägerabschnitte 121, 122 bzw. deren Ätzmasken-Schichtabschnitte 142 rückseitige Anschlussflächen 135 des Bauelements 100, mit deren Hilfe das Bauelement 100 im Rahmen einer Oberflächenmontage (SMT, Surface Mounting Technology) auf einer weiteren Vorrichtung montiert werden kann (nicht dargestellt). Das Bauelement 100 weist eine umlaufende Mantelfläche 105 auf, welche sich aus sämtlichen lateralen Au-ßenseiten des Bauelements 100 zusammensetzt, und welche ausschließlich durch den Kunststoffgehäusekörper 155 gebildet ist. Eine Vorderseite 101 des Bauelements 100 ist durch den Kunststoffgehäusekörper 155 und das Füllmaterial 161 gebildet. Im Betrieb des Bauelements 100 kann eine Lichtstrahlung über das Füllmaterial 161 vorderseitig abgegeben werden.
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Das anhand der 1 bis 10 erläuterte Verfahren kann kostengünstig und mit einer hohen Zuverlässigkeit durchgeführt werden. Dies ergibt sich aus der Verwendung des metallischen Trägers 110, welcher sich im Vergleich zu einem herkömmlichen Leiterrahmen durch eine hohe Stabilität und Robustheit auszeichnen kann. Auch kann die Vereinzelung, in welcher lediglich der Kunststoffkörper 150 durchtrennt wird, einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, die optoelektronischen Bauelemente 100 mit kompakten Abmessungen zu fertigen. Die optoelektronischen Bauelemente 100 können sich ferner, aufgrund der metallischen Trägerabschnitte 121, 122, durch eine effiziente Wärmeabführung und einen kleinen thermischen Widerstand auszeichnen. Auch können die Bauelemente 100, aufgrund der ausschließlich durch den Kunststoffgehäusekörper 155 gebildeten Mantelfläche 105, eine hohe Robustheit besitzen.
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Im Folgenden werden mögliche Varianten und Abwandlungen beschrieben, welche in Bezug auf den zuvor erläuterten Verfahrensablauf und hiermit hergestellte optoelektronische Bauelemente 100 in Betracht kommen können. Übereinstimmende Verfahrensschritte und Merkmale sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten werden im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Ferner können Aspekte und Details, welche in Bezug auf eine Ausgestaltung genannt werden, auch in Bezug auf eine andere Ausgestaltung zur Anwendung kommen und können Merkmale von zwei oder mehreren Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden.
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Anstelle der in den vorhergehenden Figuren gezeigten optoelektronischen Halbleiterchips 170 mit einem vorderseitigen Kontakt 175 und einem rückseitigen Kontakt können andere Bauformen zur Anwendung kommen. Möglich sind zum Beispiel Halbleiterchips 170 mit zwei vorderseitigen Kontakten 175, 176, wie sie bei weiter unten erläuterten Verfahrensabläufen eingesetzt werden (vgl. zum Beispiel 34). Hierbei können beide vorderseitige Kontakte 175, 176 mit Hilfe von Bonddrähten 180 mit metallischen Trägerabschnitten elektrisch verbunden werden. Weiterhin können auch optoelektronische Halbleiterchips mit zwei rückseitigen Kontakten, welche in Form von sogenannten Flip-Chips verwirklicht sein können, verwendet werden. Derartige Halbleiterchips können durch Kleben, Löten oder Sintern auf zwei Trägerabschnitten montiert werden, wodurch gleichzeitig die rückseitigen Kontakte elektrisch mit jeweils einem der Trägerabschnitte verbunden werden können (nicht dargestellt).
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Eine weitere Abwandlung besteht darin, vorderseitige Kontakte 175, 176 von Halbleiterchips 170 nicht mit Bonddrähten 180, sondern mit anderen Kontaktstrukturen an metallische Trägerabschnitte anzuschließen. Ein Beispiel sind metallische Kontaktschichten, welche auch als PI-Kontakte (Planar Interconnect) oder RDL-Schichten (Redistribution Layer) bezeichnet werden. Im Hinblick auf derartige Kontaktstrukturen können eine oder mehrere isolierende und seitlich an die Halbleiterchips 170 heranreichende Schichten mit Aussparungen zum Freihalten von zu kontaktierenden Bereichen von Trägerabschnitten ausgebildet werden. Anschließend können die Kontaktschichten ausgebildet werden, um die vorderseitigen Chipkontakte 175, 176 mit den Trägerabschnitten elektrisch zu verbinden (nicht dargestellt).
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Eine weitere Variante besteht darin, Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchzuführen. Beispielsweise kann es in Betracht kommen, eine Chipmontage nicht vor, sondern nach dem rückseitigen Ätzen eines metallischen Trägers 110 zum Strukturieren desselben in separate Trägerabschnitte durchzuführen, und infolgedessen Halbleiterchips auf bereits separierten metallischen Trägerabschnitten anzuordnen. Diese Vorgehensweise macht es möglich, eine bei dem rückseitigen Ätzen gegebenenfalls auftretende Beschädigung von Halbleiterchips zu vermeiden. Hierbei kann die Chipmontage auf einem vorgefertigten Gehäuse, welches auch als Premolded Package oder Halbzeug bezeichnet werden kann, erfolgen.
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Zur beispielhaften Veranschaulichung ist in 13 ein solches vorgefertigtes Gehäuse 200 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Das vorgefertigte Gehäuse 200 weist separate metallische Trägerabschnitte 121, 122 und einen mit den Trägerabschnitten 121, 122 verbundenen Kunststoffkörper 150 mit Kavitäten 156 auf. Die Herstellung des vorgefertigten Gehäuses 200 kann zunächst vergleichbar zu dem oben erläuterten Verfahren erfolgen, d.h. dass ein metallischer Träger 110 mit Ätzmasken 141, 142 bereitgestellt wird (vgl. 1), der Träger 110 durch vorderseitiges Ätzen vorstrukturiert wird und infolgedessen im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122 und dazwischen Vertiefungen 130 aufweist (vgl. die 2 und 7), und der Kunststoffkörper 150 mit Kavitäten 156 auf dem Träger 110 ausgebildet wird (vgl. die 3 und 8). Anschließend wird der Träger 110 durch rückseitiges Ätzen in separate Trägerabschnitte 121, 122 strukturiert, um das in 13 gezeigte vorgefertigte Gehäuse 200 bereitzustellen. Die weitere Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 kann ebenfalls entsprechend dem oben erläuterten Verfahren erfolgen, d.h. dass optoelektronische Halbleiterchips 170 in den Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150 auf Trägerabschnitten 121 montiert und mittels Bonddrähten 180 an Trägerabschnitte 122 angeschlossen werden, die Kavitäten 156 mit einem Füllmaterial 161 verfüllt werden, und der danach vorliegende Bauelementverbund durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 entlang von Trennlinien 290 zwischen Trägerabschnitten 121, 122 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt wird (vgl. die 5, 6 und 10).
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Wie oben angedeutet wurde, können die durch das vorderseitige Ätzen eines Trägers 110 erzeugten Vertiefungen 130 einen Unterschnitt besitzen, so dass eine Verzahnung zwischen dem Träger 110 und einem Kunststoffkörper 150 bewirkt werden kann. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, in gezielter Weise eine Verankerung vorzusehen.
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Zur Veranschaulichung dieses Aspekts zeigen die 14 bis 20 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen einen weiteren Verfahrensablauf zum Herstellen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen 100. Dieser stimmt im Wesentlichen mit dem Verfahrensablauf der 1 bis 10 überein. Bei dem Verfahren wird, wie in den 14 und 19 gezeigt ist, ein vorstrukturierter metallischer Träger 110 mit vorder- und rückseitigen Ätzmasken 141, 142 bereitgestellt. Der Träger 110 weist erneut im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122 und dazwischen Vertiefungen 130 auf. Zusätzlich weist der Träger 110 im Bereich der Rückseite 112 vorhandene und in Vertiefungen 130 übergehende Durchgangslöcher 133 auf. In der gezeigten Ausgestaltung befinden sich jeweils drei Durchgangslöcher 133 zwischen benachbarten und für verschiedene herzustellende Bauelemente 100 vorgesehenen Trägerabschnitten 121, 122, und damit im Bereich von Trennlinien 290 (vgl. 19).
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Die Durchgangslöcher 133 können durch rückseitiges Entfernen von metallischem Trägermaterial mittels isotropem Ätzen hergestellt werden. Auf diese Weise können die Durchgangslöcher 133, wie in 14 gezeigt ist, ein rundes Querschnittsprofil aufweisen. Es ist möglich, den Träger 110 in der oben beschriebenen Weise vorzustrukturieren und anschließend die Durchgangslöcher 133 auszubilden. Alternativ können zunächst rückseitige Aussparungen in dem Träger 110 erzeugt werden und kann anschließend das Vorstrukturieren des Trägers 110 erfolgen, wodurch aus den Aussparungen die Durchgangslöcher 133 hervorgehen können.
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Nachfolgend wird, wie in 15 gezeigt ist, ein Kunststoffkörper 150 mit Kavitäten 156 auf dem vorstrukturierten metallischen Träger 110 ausgebildet. Bei diesem mit Hilfe eines Formprozesses durchgeführten Schritt wird das Kunststoffmaterial des Kunststoffkörpers 150 in den Vertiefungen 130, in den Durchgangslöchern 133 und am Rand der Kavitäten 156 zum Teil auf den Trägerabschnitten 121, 122 angeordnet. Hierbei bildet das in den Durchgangslöchern 133 aufgenommene Kunststoffmaterial Verankerungsabschnitte 158 des Kunststoffkörpers 150, mit welchen der Kunststoffkörper 150 an dem Träger 110 verankert ist. Die Verankerungsabschnitte 158 schließen rückseitig bündig mit dem Träger 110 bzw. mit dessen Ätzmaske 142 ab. Aufgrund des runden Querschnittsprofils der Durchgangslöcher 133 besitzen die Verankerungsabschnitte 158 eine sich in Richtung der Rückseite 112 des Trägers 110 verbreiternde Querschnittsform. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine zuverlässige Verankerung des Kunststoffkörpers 150.
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Im Anschluss hieran erfolgen Schritte wie ein Anordnen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchips 170 in den Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150 auf Trägerabschnitten 121, ein Anschließen der Halbleiterchips 170 an benachbarte Trägerabschnitte 122 mittels Bonddrähten 180, ein Verfüllen der Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150 mit einem Füllmaterial 161 (vgl. 16), und ein rückseitiges Ätzen des Trägers 110, so dass der Träger 110 in separate Trägerabschnitte 121, 122 strukturiert wird (vgl. 17). Der Bauelementverbund wird anschließend, wie in den 18 und 20 gezeigt ist, durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 entlang von Trennlinien 290 zwischen Trägerabschnitten 121, 122 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Bei diesem Vorgang wird der Kunststoffkörper 150 in den einzelnen Bauelementen 100 zugehörige Kunststoffgehäusekörper 155 aufgeteilt. Auch werden die Verankerungsabschnitte 158, welche sich im Bereich von Trennlinien 290 befinden, durchtrennt, und dadurch vorliegend auf jeweils zwei Kunststoffgehäusekörper 155 verteilt.
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Die auf diese Weise hergestellten optoelektronischen Bauelemente 100 bzw. deren Kunststoffgehäusekörper 155 weisen am Rand zusätzliche Verankerungsabschnitte 158 auf, welche in Eingriff mit den Trägerabschnitten 121, 122 stehen. Die Verankerungsabschnitte 158, welche eine sich in Richtung der Rückseite 102 der Bauelemente 100 verbreiternde Querschnittsform besitzen, grenzen jeweils seitlich an einen Trägerabschnitt 121, 122 an, und schließen rückseitig bündig mit dem betreffenden Trägerabschnitt 121, 122 bzw. mit einer hierdurch gebildeten Anschlussfläche 135 ab. Ein einzelnes, auf diese Weise hergestelltes optoelektronisches Bauelement 100 ist in der Aufsichtsdarstellung von 21 abgebildet. Aufgrund der Verankerungsabschnitte 158 kann das Bauelement 100 eine hohe mechanische Stabilität besitzen.
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Im Hinblick auf das Vorsehen von Verankerungsabschnitten 158 können in entsprechender Weise Abwandlungen in Betracht kommen. Dies betrifft zum Beispiel die Lage der Verankerungsabschnitte 158. Beispielsweise kann die Herstellung optoelektronischer Bauelemente 100 derart erfolgen, dass solche Verankerungsabschnitte 158 abweichend von 21 nicht nur im Bereich von Kurzseiten, sondern zusätzlich oder alternativ im Bereich von Langseiten der Bauelemente 100 vorhanden sind. Ferner können Verankerungsabschnitte 158 nicht nur am Rand, sondern auch zwischen Trägerabschnitten von Bauelementen 100 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Weitere mögliche Positionen sind die Ecken von Bauelementen 100 oder auch innerhalb von Trägerabschnitten, wie es bei weiter unten erläuterten Verfahrensabläufen der Fall ist (vgl. die 26 und 44).
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22 zeigt anhand einer seitlichen Schnittdarstellung eines vorstrukturierten und mit einem Kunststoffkörper 150 versehenen metallischen Trägers 110 eine weitere mögliche Ausgestaltung, welche in Bezug auf Verankerungsabschnitte 158 denkbar ist. Hierbei weist der Träger 110 in Vertiefungen 130 übergehende rückseitige Durchgangslöcher 133 auf, welche eine stufenförmig gegenüber den Vertiefungen 130 auskragende Form besitzen. In entsprechender Weise besitzen die in den Durchgangslöchern 133 angeordneten Verankerungsabschnitte 158 eine gegenüber Teilabschnitten des Kunststoffkörpers 150, welche sich in den Vertiefungen 130 befinden, stufenförmig auskragende Form. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine stabile Verankerung des Kunststoffkörpers 150. Bei einer am Verfahrensende durchgeführten Vereinzelung können solche Verankerungsabschnitte 158 in entsprechender Weise durchtrennt und dadurch auf mehrere bzw. zwei Kunststoffgehäusekörper 155 verteilt werden. Die dadurch erzeugten Verankerungsabschnitte 158 der Kunststoffgehäusekörper 155 können hierbei jeweils eine in Richtung eines Trägerabschnitts 121, 122 seitlich auskragende Form besitzen (nicht dargestellt).
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Vorgefertigte Gehäuse 200, welche durch Bereitstellen und Vorstrukturieren eines metallischen Trägers 110, Ausbilden eines Kunststoffkörpers 150 und Strukturieren des Trägers 110 in separate Trägerabschnitte erzeugt werden können, können in entsprechender Weise mit Verankerungsabschnitten 158 des Kunststoffkörpers 150 hergestellt werden. Des Weiteren können optoelektronische Bauelemente 100 gefertigt werden, welche zusätzlich einen Treiberchip 190 aufweisen. Mit Hilfe der Treiberchips 190, welche eine integrierte Schaltung aufweisen und daher auch als ICs (Integrated Circuit) bezeichnet werden können, können die optoelektronischen Halbleiterchips 170 der Bauelemente 100 elektrisch angesteuert werden. Zum Verwirklichen derartiger Bauelemente 100 umfasst die Chipmontage zusätzlich ein Montieren von Treiberchips 190 auf entsprechenden Trägerabschnitten.
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Die 23 bis 28 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen einen weiteren Verfahrensablauf zum Herstellen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen 100, bei welchem die beiden vorgenannten Aspekte zusammen zur Anwendung kommen. Bei dem Verfahren wird, wie in den 23 und 26 gezeigt ist, ein vorgefertigtes Gehäuse 200 bereitgestellt, welches separate metallische Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 und einen hiermit verbundenen Kunststoffkörper 150 mit Kavitäten 156, 157 aufweist. In der gezeigten Ausgestaltung weist das Gehäuse 200 für jedes herzustellende Bauelement 100 einen Trägerabschnitt 121, einen Trägerabschnitt 122, einen Trägerabschnitt 123 und vier Trägerabschnitte 124 auf. Der Kunststoffkörper 150 weist für jedes herzustellende Bauelement 100 zwei Kavitäten 156, 157 auf, wobei über die Kavität 156 die Trägerabschnitte 121, 122, und über die andere Kavität 157 die Trägerabschnitte 121, 123, 124 vorderseitig zum Teil freigestellt sind. Das vorgefertigte Gehäuse 200 bzw. dessen Kunststoffkörper 150 weist ferner Verankerungsabschnitte 158 auf. Hierzu gehören Verankerungsabschnitte 158, welche sich zwischen benachbarten und für verschiedene herzustellende Bauelemente 100 vorgesehenen Trägerabschnitten 122, 123, und damit im Bereich von Trennlinien 290, befinden, sowie Verankerungsabschnitte 158, welche jeweils innerhalb der Trägerabschnitte 121 angeordnet sind.
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Die nicht dargestellte Herstellung des in den 23 und 26 gezeigten vorgefertigten Gehäuses 200 kann dadurch erfolgen, dass ein vorstrukturierter metallischer Träger 110 bereitgestellt wird, welcher Ätzmasken 141, 142, im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 umfangsseitig umgebende Vertiefungen 130 und Durchgangslöcher 133 aufweist. Hierbei gehen die zum Herstellen von Verankerungsabschnitten 158 im Bereich der Trennlinien 290 vorgesehenen Durchgangslöcher 133 in die Vertiefungen 130 über. Diese Durchgangslöcher 133 können durch rückseitiges Ätzen des Trägers 110 erzeugt werden. Die anderen, zum Herstellen von Verankerungsabschnitten 158 innerhalb der Trägerabschnitte 121 vorgesehenen Durchgangslöcher 133 können durch vorder- und rückseitiges Ätzen des Trägers 110 erzeugt werden. Hierbei können durch das vorderseitige Ätzen gleichzeitig die die hervorstehenden Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 umschließenden Vertiefungen 130 ausgebildet werden. Anschließend kann der Kunststoffkörper 150 mit den Kavitäten 156, 157 auf dem vorstrukturierten Träger 110 ausgebildet werden. Durch das dabei stattfindende Anordnen des Kunststoffmaterials des Kunststoffkörpers 150 in den Durchgangslöchern 133 können die Verankerungsabschnitte 158 erzeugt werden. Zum Fertigstellen des vorgefertigten Gehäuses 200 kann der Träger 110 durch rückseitiges Ätzen strukturiert, und können dadurch die separaten metallischen Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 bereitgestellt werden.
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Bei der anschließenden Chipmontage erfolgt für jedes herzustellende optoelektronische Bauelement 100, wie in den 24 und 27 in Bezug auf ein Bauelement 100 gezeigt ist, ein Montieren eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchips 170 in einer Kavität 156 auf einem Trägerabschnitt 121 und Anschließen desselben an einen benachbarten Trägerabschnitt 122 mittels eines Bonddrahts 180, und ein Montieren eines Treiberchips 190 auf einem Trägerabschnitt 123 und Anschließen desselben an benachbarte Trägerabschnitte 121, 124 mittels Bonddrähten 180. In der vorliegenden Ausgestaltung weist der Treiberchip 190 fünf nicht gezeigte vorderseitige Kontakte auf, von denen ein Kontakt über einen Bonddraht 180 an den Trägerabschnitt 121, und die anderen Kontakte über Bonddrähte 180 an die Trägerabschnitte 124 angeschlossen werden. Bei den optoelektronischen Bauelementen 100 können die Trägerabschnitte 124 zur Energieversorgung des Treiberchips 190 und Übermittlung von Informationen in Form von Steuersignalen an den Treiberchip 190 genutzt werden.
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Nach der Chipmontage werden die Kavitäten 156, 157, wie ebenfalls in 24 gezeigt ist, verfüllt, so dass die Halbleiterchips 170 und Treiberchips 190 verkapselt und dadurch vor äußeren Einflüssen geschützt werden können. Zu diesem Zweck kann ein nicht gezeigter Dispenser zum Einsatz kommen. In Bezug auf die die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 170 enthaltenden Kavitäten 156 wird das oben beschriebene Füllmaterial 161 verwendet (strahlungsdurchlässiges Kunststoffmaterial, welches gegebenenfalls Leuchtstoffpartikel enthält). In Bezug auf die die Treiberchips 190 enthaltenden Kavitäten 157 wird ein anderes Füllmaterial 162 eingesetzt. Dieses kann zum Beispiel ein strahlungsundurchlässiges Kunststoffmaterial sein. In der Aufsichtsdarstellung von 27, sowie auch in 28, sind beide Füllmaterialien 161, 162 als klare Materialien dargestellt.
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Der nach dem Verfüllen der Kavitäten 156, 157 vorliegende Bauelementverbund wird anschließend, wie in den 25 und 28 gezeigt ist, durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 entlang von Trennlinien 290 zwischen Trägerabschnitten 121, 122, 123, 124 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Dadurch wird der Kunststoffkörper 150 in den einzelnen Bauelementen 100 zugehörige Kunststoffgehäusekörper 155 aufgeteilt. Auch wird ein Teil der Verankerungsabschnitte 158, welche sich im Bereich von Trennlinien 290 befinden, durchtrennt und auf jeweils zwei Kunststoffgehäusekörper 155 verteilt.
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Die auf diese Weise hergestellten optoelektronischen Bauelemente 100 weisen separate metallische Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 und einen Kunststoffgehäusekörper 155 mit drei Verankerungsabschnitten 158 und zwei Kavitäten 156, 157 auf, wobei in der Kavität 156 ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 170 und in der anderen Kavität 157 ein Treiberchip 190 angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung, sowie durch die Verwendung eines strahlungsundurchlässigen Füllmaterials 162 in der Treiberchip-Kavität 157, kann vermieden werden, dass der Treiberchip 190 mit einer von dem Halbleiterchip 170 erzeugten und gegebenenfalls konvertierten Lichtstrahlung bestrahlt wird. Infolgedessen kann eine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Treiberchips 190 vermieden werden. Die metallischen Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 bilden rückseitige Anschlussflächen 135. Der Treiberchip 190 ist über einen Bonddraht 180 an den Trägerabschnitt 121 elektrisch angeschlossen, mit welchem auch der hierauf angeordnete Halbleiterchip 170 elektrisch verbunden ist. Hierdurch besteht eine mittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 170 und dem Treiberchip 190, wodurch der Halbleiterchip 170 mit Hilfe des Treiberchips 190 elektrisch angesteuert werden kann.
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Im Hinblick auf die Verwendung von Treiberchips 190 besteht eine mögliche Abwandlung darin, die Treiberchips 190 nicht in Kavitäten 157 eines Kunststoffkörpers 150 anzuordnen, sondern die Treiberchips 190 stattdessen bei dem Ausbilden eines Kunststoffkörpers 150 in dem Kunststoffkörper 150 einzubetten und auf diese Weise zu verkapseln. In einer solchen Ausgestaltung erfolgt die Montage von Treiberchips 190 vor einer Montage von optoelektronischen Halbleiterchips 170.
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Zur Veranschaulichung des vorgenannten Aspekts zeigt 29 in einer seitlichen Schnittdarstellung ein weiteres vorgefertigtes Gehäuse 200, welches eine Abwandlung des in dem Verfahren der 23 bis 28 verwendeten Gehäuses 200 darstellt. Das Gehäuse 200 weist separate metallische Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 auf, von welchen in 29 lediglich die Trägerabschnitte 121, 122, 123 gezeigt sind. In Bezug auf die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 liegt ein Aufbau entsprechend 26 vor. Ferner weist das Gehäuse 200 einen Kunststoffkörper 150 auf, welcher für jedes herzustellende optoelektronische Bauelement 100 lediglich eine Kavität 156 zum Aufnehmen eines optoelektronischen Halbleiterchips 170 aufweist. Des Weiteren umfasst das Gehäuse 200 für jedes herzustellende Bauelement 100 einen auf dem Trägerabschnitt 123 vormontierten und in dem Kunststoffkörper 150 eingebetteten Treiberchip 190. Der Treiberchip 190 ist über Bonddrähte 180 an den Trägerabschnitt 121 und die anderen, in 29 nicht gezeigten Trägerabschnitte 124 angeschlossen. In Bezug auf die Verdrahtung des Treiberchips 190 liegt eine Ausgestaltung entsprechend 27 vor.
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Die Herstellung des vorgefertigten Gehäuses 200 von 29 kann dadurch erfolgen, dass ein vorstrukturierter metallischer Träger 110 mit hervorstehenden Trägerabschnitten 121, 122, 123, 124, Vertiefungen 130 und Durchgangslöchern 133 bereitgestellt wird, Treiberchips 190 auf Trägerabschnitten 123 montiert und mittels Bonddrähten 180 an Trägerabschnitte 121, 124 angeschlossen werden, der Kunststoffkörper 150 unter Einbettung der Treiberchips 190 auf dem Träger 110 ausgebildet wird, und der Träger 110 anschließend durch rückseitiges Ätzen in separate Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 strukturiert wird. Für die weitere Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 können optoelektronische Halbleiterchips 170 in den Kavitäten 156 des Kunststoffkörpers 150 auf Trägerabschnitten 121 angeordnet und über Bonddrähte 180 an Trägerabschnitte 122 angeschlossen werden, können die Kavitäten 156 verfüllt werden, und kann der Bauelementverbund anschließend durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 vereinzelt werden. Die auf diese Weise hergestellten optoelektronischen Bauelemente 100 weisen einen Kunststoffgehäusekörper 155 auf, in welchem ein Treiberchip 190 eingebettet ist (jeweils nicht dargestellt). Auch in dieser Ausgestaltung können ein Bestrahlen des Treiberchips 190 und damit eine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Treiberchips 190 vermieden werden.
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Hinsichtlich der Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 mit Treiberchips 190 ist es möglich, dies auch ohne vorgefertigte Gehäuse 200 durchzuführen. In diesem Sinne kann zum Beispiel das anhand der 23 bis 28 erläuterten Verfahren derart abgewandelt werden, dass ein Strukturieren eines vorstrukturierten Trägers 110 in separate Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 erst nach der Montage von optoelektronischen Halbleiterchips 170 und Treiberchips 190 in Kavitäten 156, 157 eines auf dem Träger 110 ausgebildeten Kunststoffkörpers 150 erfolgt. In Bezug auf 29 kann ein Strukturieren eines vorstrukturierten Trägers 110 in separate Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 erst nach der Montage von optoelektronischen Halbleiterchips 170 in Kavitäten 156 eines Kunststoffkörpers 150, wobei der Kunststoffkörper 150 zuvor auf dem mit Treiberchips 190 bestückten Träger 110 ausgebildet wird, durchgeführt werden.
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Es ist des Weiteren möglich, optoelektronische Bauelemente 100 herzustellen, welche statt einem einzelnen mehrere strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterchips 170 aufweisen. Die mehreren Halbleiterchips 170 können gemeinsam in einer Kavität 156 eines Kunststoffgehäusekörpers 155 vorgesehen sein. Auch können die mehreren Halbleiterchips 170 getrennt ansteuerbar sein, was sich durch eine hierauf abgestimmte Ausgestaltung von metallischen Trägerabschnitten und eine entsprechende Verschaltung der Halbleiterchips 170 verwirklichen lässt. In diesem Zusammenhang können ferner Ausgestaltungen von Bauelementen 100 verwirklicht werden, welche Halbleiterchips 170 zum Erzeugen von unterschiedlichen Lichtstrahlungen aufweisen. Hierunter fallen zum Beispiel RGB-Bauelemente 100 mit drei Halbleitchips 170 zum Erzeugen einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung.
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Zur Veranschaulichung des vorgenannten Aspekts zeigt 30 eine Aufsichtsdarstellung eines vorstrukturierten metallischen Trägers 110 mit vorderseitig hervorstehenden Trägerabschnitten 121, 122, 123, 124, 125, 126 und dazwischen vorhandenen zusammenhängenden Vertiefungen 130, welcher sich zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 mit drei strahlungsemittierenden Halbleiterchips 170 und einem Treiberchip 190 eignen. 30 zeigt einen Ausschnitt des Trägers 110 im Bereich von einem herzustellenden Bauelement 100. Ein unter Verwendung dieses Trägers 110 hergestelltes optoelektronisches Bauelement 100 ist in der Aufsichtsdarstellung von 31 gezeigt. Das Bauelement 100 weist drei strahlungsemittierende Halbleiterchips 170 auf, welche auf jeweils einem der Trägerabschnitte 121, 122, 123 angeordnet sind. Die drei Halbleiterchips 170 können zum Erzeugen einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein, so dass das Bauelement 100 ein RGB-Bauelement ist.
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Das optoelektronische Bauelement 100 von 31 weist des Weiteren einen Treiberchip 190 auf, welcher auf dem Trägerabschnitt 125 angeordnet ist. Der Treiberchip 190 ist über Bonddrähte 180 an die Trägerabschnitte 126 angeschlossen. Auf diese Weise kann der Treiberchip 190 mit elektrischer Energie versorgt werden und Informationen empfangen. Der Treiberchip 190 ist ferner über Bonddrähte 180 an die vier Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 angeschlossen. Auch die Halbleiterchips 170 sind über Bonddrähte 180 an die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 angeschlossen. Auf diese Weise bestehen mittelbare und u.a. über die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 verwirklichte elektrische Verbindungen zwischen dem Treiberchip 190 und den Halbleiterchips 170. Hierdurch können die Halbleiterchips 170 mit Hilfe des Treiberchips 190 separat voneinander elektrisch angesteuert werden.
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Ein weiterer Bestandteil des Bauelements 100 von 31 ist ein Kunststoffgehäusekörper 155, in welchem der Treiberchip 190 eingebettet ist. Der Kunststoffgehäusekörper 155 weist eine Kavität 156 auf, über welche die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 vorderseitig zum Teil freigestellt sind. Von oben betrachtet befinden sich die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 daher zum Teil innerhalb und außerhalb der Kavität 156. Die Halbleiterchips 170 sind in der Kavität 156 angeordnet. Die Kavität 156 ist ferner mit einem strahlungsdurchlässigen bzw. klaren Füllmaterial 161 verfüllt.
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Das optoelektronische Bauelement 100 von 31 kann vergleichbar zu dem anhand von 29 erläuterten Verfahren hergestellt werden, d.h. dass zunächst Treiberchips 190 auf Trägerabschnitten 125 des in 30 ausschnittsweise gezeigten vorstrukturierten Trägers 110 platziert und verdrahtet werden. Anschließend kann ein die Treiberchips 190 verkapselnder Kunststoffkörper 150 mit Kavitäten 156 auf dem Träger 110 ausgebildet werden, kann der Träger 110 durch rückseitiges Ätzen in separate Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, 125, 126 strukturiert werden, und können Halbleiterchips 170 in den Kavitäten 156 montiert und verdrahtet werden. Nachfolgend können die Kavitäten 156 verfüllt und kann eine Vereinzelung durchgeführt werden (jeweils nicht dargestellt).
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32 zeigt eine rückseitige Darstellung des optoelektronischen Bauelements 100 von 31, anhand dessen eine weitere mögliche Ausgestaltung in Bezug auf ein bei dem rückseitigen Trägerätzen durchgeführtes Entfernen von Trägermaterial nicht nur im Bereich von Vertiefungen 130 des vorstrukturierten Trägers 110, sondern auch in Bereich von Trägerabschnitten, vorliegend der Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, deutlich wird. In 32 sind rückseitige Ätzbereiche, in welchen die betreffenden Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 zusätzlich geätzt wurden, schraffiert hervorgehoben. Hierdurch können rückseitige Anschlussflächen 135, welche durch die Trägerabschnitte 121, 122, 123 (sowie auch 125, 126) gebildet sind, und welche in 32 nicht schraffiert dargestellt sind, eine symmetrische Ausgestaltung besitzen. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Oberflächenmontage des Bauelements 100 ohne ein Verschwimmen desselben möglich. Der Trägerabschnitt 124, welcher vollständig rückseitig geätzt wurde, weist eine gegenüber den anderen Trägerabschnitten 121, 122, 123, 125, 126 geringere Dicke auf und bildet keine rückseitige Anschlussfläche 135.
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Das optoelektronische Bauelement 100 der 31, 32 kann zum Beispiel als intelligentes RGB-Beleuchtungs-Bauelement in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Hierbei kann der Treiberchip 190 zum Beispiel über einen Datenbus Informationen darüber empfangen, mit welcher Helligkeit und zeitlichen Abfolge die Halbleiterchips 170 leuchten sollen. Des Weiteren kann das Bauelement 100 an der Batteriespannung des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die Batteriespannung kann wesentlich höher sein als die Vorwärtsspannung der Halbleiterchips 170, wodurch eine hohe thermische Verlustleistung entstehen kann. Die Ausgestaltung des Bauelements 100 mit den metallischen Trägerabschnitten 121, 122, 123, 124, 125, 126 macht es in diesem Zusammenhang möglich, die auftretende Wärmeenergie effizient abzuführen (jeweils nicht dargestellt).
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Eine weitere Verfahrensvariante, welche in Bezug auf die Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 denkbar ist, besteht darin, einen Kunststoffkörper 150 ohne Kavitäten auszubilden und optoelektronische Halbleiterchips 170 hierin einzubetten. Auf diese Weise können die Bauelemente 100 kostengünstig gefertigt werden.
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Zur Veranschaulichung des vorgenannten Aspekts zeigen die 33 bis 39 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen einen weiteren Verfahrensablauf zum Herstellen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen 100. Bei dem Verfahren wird, wie in den 33 und 37 gezeigt ist, ein vorstrukturierter metallischer Träger 110 mit vorder- und rückseitigen Ätzmasken 141, 142 bereitgestellt, welcher im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122 und dazwischen Vertiefungen 130 aufweist. Die Trägerabschnitte 121, 122 besitzen übereinstimmende laterale Abmessungen. Für jedes herzustellende Bauelement 100 sind ein Trägerabschnitt 121 und ein Trägerabschnitt 122 vorgesehen. Das Vorstrukturieren erfolgt in der oben beschriebenen Weise durch vorderseitiges isotropes Ätzen des Trägers 110 unter Verwendung der Ätzmaske 141.
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Im Anschluss hieran werden, wie in den 34 und 38 gezeigt ist, strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterchips 170 auf der Vorderseite 111 des vorstrukturierten metallischen Trägers 110 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Vorliegend weisen die Halbleiterchips 170 zwei vorderseitige Kontakte 175, 176 auf. Der Kontakt 175 umfasst einen kreisförmigen und einen linienförmigen Kontaktabschnitt. Der andere Kontakt 176 umfasst einen kreisförmigen und zwei linienförmige Kontaktabschnitte. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 170 jeweils auf zwei benachbarten Trägerabschnitten 121, 122 befestigt. Dieser Prozess kann zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Sintern durchgeführt werden. Des Weiteren werden die vorderseitigen Kontakte 175, 176 der Halbleiterchips 170 über Bonddrähte 180 mit jeweils einem der Trägerabschnitte 121, 122 elektrisch verbunden, auf welchem sich die Halbleiterchips 170 befinden. Hierbei werden die Bonddrähte 180 an die kreisförmigen Kontaktabschnitte der Chipkontakte 175, 176 angeschlossen.
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Anschließend wird, wie ebenfalls in 34 gezeigt ist, ein Kunststoffkörper 150 auf der Vorderseite 111 des mit den Halbleiterchips 170 bestückten metallischen Träger 110 ausgebildet. Dies erfolgt derart, dass die optoelektronischen Halbleiterchips 170 nebst Bonddrähten 180 in dem Kunststoffkörper 150 eingebettet sind. Der Kunststoffkörper 150 ist ferner in den Vertiefungen 130 des Trägers 110 angeordnet. Aufgrund des isotropen Ätzens können die Vertiefungen 130 einen Unterschnitt besitzen, so dass eine Verzahnung zwischen dem Träger 110 und dem Kunststoffkörper 150 möglich ist.
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Für das Ausbilden des Kunststoffkörpers 150 wird ein Kunststoffmaterial in Form einer durchgehenden und die optoelektronischen Halbleiterchips 170 bedeckenden Schicht auf dem Träger 110 aufgebracht. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Formprozess durchgeführt werden. Möglich ist auch ein Vergießen des Kunststoffmaterials, was unter Verwendung einer als Damm bezeichneten Begrenzungsstruktur erfolgen kann (sogenanntes Dam & Fill-Verfahren; jeweils nicht dargestellt). Das verwendete Kunststoffmaterial kann ein strahlungsdurchlässiges bzw. klares Kunststoffmaterial wie zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial sein. Möglich ist auch die Verwendung eines Thermoplasts oder Duroplasts. Darüber hinaus kann das Kunststoffmaterial zusätzlich nicht gezeigte Leuchtstoffpartikel enthalten, wodurch eine Strahlungskonversion einer im Betrieb von den Halbleiterchips 170 abgegebenen Lichtstrahlung bewirkt werden kann. In der Aufsichtsdarstellung von 38, sowie auch in folgenden Aufsichtsdarstellungen, ist das Kunststoffmaterial als klares Material dargestellt.
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Nachfolgend wird der Träger 110, wie in 35 gezeigt ist, durch rückseitiges isotropes Ätzen im Bereich der Vertiefungen 130 unter Verwendung der Ätzmaske 142 in separate metallische Trägerabschnitte 121, 122 strukturiert. Das Ätzen erfolgt bis zum Erreichen des Kunststoffkörpers 150, wodurch der Kunststoffkörper 150 rückseitig zum Teil freigestellt wird. In diesem Zustand werden die separaten Trägerabschnitte 121, 122 durch den Kunststoffkörper 150 zusammengehalten. Die Trägerabschnitte 121, 122 besitzen im Querschnitt Seitenflanken 131 mit zwei gekrümmten und eine gemeinsame, seitlich hervorstehende Kante bildenden Teilflanken.
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Der Bauelementverbund wird anschließend, wie in den 36 und 39 gezeigt ist, durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 entlang von Trennlinien 290 zwischen Trägerabschnitten 121, 122 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Bei diesem Vorgang wird der Kunststoffkörper 150 in den einzelnen Bauelementen 100 zugehörige Kunststoffgehäusekörper 155 aufgeteilt.
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Ein einzelnes optoelektronisches Bauelement 100, welches mit Hilfe des Verfahrens der 33 bis 39 hergestellt wurde, ist in einer seitlichen Schnittdarstellung und in einer Aufsichtsdarstellung in den 40 und 41 abgebildet. Das Bauelement 100 weist zwei separate metallische Trägerabschnitte 121, 122, einen auf den Trägerabschnitten 121, 122 angeordneten und mit diesen über Bonddrähte 180 elektrisch verbundenen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 170, und einen an die Trägerabschnitte 121, 122 und den Halbleiterchip 170 angrenzenden und den Halbleiterchip 170 verkapselnden Kunststoffgehäusekörper 155 auf. Der Kunststoffgehäusekörper 155 bildet eine Vorderseite 101 und eine umlaufende Mantelfläche 105 des Bauelements 100. Eine strukturierte Rückseite 102 des Bauelements 100 ist durch den Kunststoffgehäusekörper 155 und die Trägerabschnitte 121, 122 gebildet. Im Betrieb des Bauelements 100 kann eine Lichtstrahlung über den Kunststoffgehäusekörper 155, und damit über die Vorderseite 102, die Mantelfläche 105 und zum Teil auch über die Rückseite 102 des Bauelements 100 abgegeben werden.
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Die 42 und 43 zeigen eine seitliche Schnittdarstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements 100, welches einen ähnlichen Aufbau zu dem in den 40, 41 gezeigten Bauelement 100 besitzt. Das Bauelement 100 weist zwei separate metallische Trägerabschnitte 121, 122 mit unterschiedlichen lateralen Abmessungen auf. Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 170 mit zwei vorderseitigen Kontakten 175, 176 ist auf dem Trägerabschnitt 121 angeordnet und über Bonddrähte 180 an die Trägerabschnitte 121, 122 angeschlossen. Ein weiterer Bestandteil ist ein an die Trägerabschnitte 121, 122 angrenzender und den Halbleiterchip 170 verkapselnder Kunststoffgehäusekörper 155. Die nicht dargestellte Herstellung von Bauelementen 100 mit der in den 42, 43 gezeigten Ausgestaltung kann entsprechend dem Verfahrensablauf der 33 bis 39 erfolgen, wobei hierbei Trägerabschnitte 121, 122 mit unterschiedlichen lateralen Abmessungen erzeugt und Halbleiterchips 170 lediglich auf Trägerabschnitten 121 montiert werden. Durch die Anordnung des Halbleiterchips 170 lediglich auf dem Trägerabschnitt 121 im Vergleich zu der in den 40, 41 gezeigten Ausgestaltung, in welcher der Halbleiterchip 170 auf beiden Trägerabschnitten 121, 122 angeordnet ist und dadurch einen sich zwischen den Trägerabschnitten 121, 122 befindenden Teilbereich des Kunststoffgehäusekörpers 155 überdeckt, kann eine geringere rückseitige Strahlungsemission im Betrieb des Bauelements 100 erzielt werden.
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Im Hinblick auf das Herstellen von optoelektronischen Bauelementen 100, deren Halbleiterchips 170 in einem Kunststoffgehäusekörper 155 eingebettet sind, kann in entsprechender Weise eine Verankerung verwirklicht werden, indem ein Träger 110 mit Durchgangslöchern 133 bereitgestellt wird und bei dem Ausbilden eines Kunststoffkörpers 150 auf dem Träger 110 das verwendete Kunststoffmaterial in den Durchgangslöchern 133 angeordnet wird. Zur Veranschaulichung wird im Folgenden anhand der 44 und 45 auf eine mögliche Abwandlung des Verfahrens der 33 bis 39 näher eingegangen.
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44 zeigt eine 38 entsprechende Aufsichtsdarstellung eines vorstrukturierten metallischen Trägers 110, welcher mit Halbleiterchips 170 bestückt ist und auf welchem ein die Halbleiterchips 170 verkapselnden Kunststoffkörper 150 ausgebildet ist. Der Träger 110 weist in Vertiefungen 130 übergehende rückseitige Durchgangslöcher 133 auf. In der gezeigten Ausgestaltung befinden sich die Durchgangslöcher 133 im Bereich von Ecken von benachbarten und für verschiedene herzustellende Bauelemente 100 vorgesehenen Trägerabschnitten 121, 122, und damit im Bereich von Trennlinien 290. Bei dem Ausbilden des Kunststoffkörpers 150 auf dem Träger 110 wird das verwendete Kunststoffmaterial in die Durchgangslöcher 133 eingebracht, wie in 45 im Bereich eines Durchgangslochs 133 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt ist. Die dadurch gebildeten Verankerungsabschnitte 158 des Kunststoffkörpers 150 schließen rückseitig bündig mit dem Träger 110 ab. Vorliegend weisen die Durchgangslöcher 133 eine stufenförmig gegenüber den Vertiefungen 130 auskragende Form auf. In entsprechender Weise besitzen die Verankerungsabschnitte 158 eine gegenüber Teilabschnitten des Kunststoffkörpers 150, welche sich in den Vertiefungen 130 befinden, stufenförmig auskragende Form. Bei einer am Verfahrensende durchgeführten Vereinzelung können die Verankerungsabschnitte 158 durchtrennt und dadurch auf mehrere bzw. vier Kunststoffgehäusekörper 155 verteilt werden (nicht dargestellt).
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Die 46 bis 49 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen einen weiteren Verfahrensablauf zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen 100. Hierbei handelt es sich um eine weitere Abwandlung des Verfahrens der 33 bis 39, in welchem ein Kunststoffkörper 150 nicht aus einem, sondern aus zwei unterschiedlichen Kunststoffmaterialien 151, 152 ausgebildet wird. Am Anfang des Verfahrens wird erneut, wie in 46 gezeigt ist, ein vorstrukturierter metallischer Träger 110 mit vorder- und rückseitigen Ätzmasken 141, 142 bereitgestellt, welcher im Bereich der Vorderseite 111 hervorstehende Trägerabschnitte 121, 122 und dazwischen Vertiefungen 130 aufweist. Von oben betrachtet kann der vorstrukturierte Träger 110 einen Aufbau entsprechend 37 besitzen. Anschließend wird, wie ebenfalls in 46 gezeigt ist, ein erstes Kunststoffmaterial 151 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110 angeordnet. Das Kunststoffmaterial 151 wird lediglich in die Vertiefungen 130 des Trägers 110 eingebracht. Dies erfolgt derart, dass das Kunststoffmaterial 151 bündig mit den Trägerabschnitten 121, 122 bzw. mit der dazugehörigen vorderseitigen Ätzmaske 141 abschließt. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Formprozess durchgeführt werden (nicht dargestellt). Das Kunststoffmaterial 151 ist ein reflektives Kunststoffmaterial, welches nicht gezeigte reflektive Partikel enthält und dadurch eine weiße Farbe besitzen kann. Das Kunststoffmaterial 151 kann zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial sein, in welchem reflektive Ti02-Partikel eingebettet sind.
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Bei der anschließenden Chipmontage werden, wie in 47 gezeigt ist, strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterchips 170 jeweils auf zwei benachbarten Trägerabschnitten 121, 122 angeordnet und mittels Bonddrähten 180 an jeweils einen der Trägerabschnitte 121, 122 angeschlossen. Des Weiteren wird, wie ebenfalls in 47 gezeigt ist, ein zweites Kunststoffmaterial 152 auf dem ersten Kunststoffmaterial 151, den Trägerabschnitten 121, 122 und den Halbleiterchips 170 angeordnet, wodurch die Halbleiterchips 170 nebst Bonddrähten 180 in dem Kunststoffmaterial 152 eingebettet werden. Hierdurch wird gleichzeitig ein die beiden Kunststoffmaterialien 151, 152 umfassender Kunststoffkörper 150 auf dem Träger 110 bereitgestellt. Die Aufsichtsdarstellung von 38 kann in entsprechender Weise in Bezug auf 47 zur Anwendung kommen. Das zweite Kunststoffmaterial 152 wird in Form einer durchgehenden und die Halbleiterchips 170 bedeckenden Schicht aufgebracht. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Formprozess oder ein Vergießprozess durchgeführt werden (nicht dargestellt). Das zweite Kunststoffmaterial 152 kann ein strahlungsdurchlässiges bzw. klares Kunststoffmaterial wie zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial sein, und gegebenenfalls nicht gezeigte Leuchtstoffpartikel zur Strahlungskonversion enthalten.
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Im Anschluss hieran wird der Träger 110, wie in 48 gezeigt ist, durch rückseitiges Ätzen im Bereich der Vertiefungen 130 in separate Trägerabschnitte 121, 122 strukturiert. Das Ätzen wird bis zum Erreichen des ersten Kunststoffmaterials 151 des Kunststoffkörpers 150 durchgeführt, wodurch das Kunststoffmaterial 151 rückseitig zum Teil freigestellt wird.
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Nachfolgend wird der Bauelementverbund, wie in 49 gezeigt ist, durch Durchtrennen der Kunststoffmaterialien 151, 152 des Kunststoffkörpers 150 entlang von Trennlinien 290 zwischen Trägerabschnitten 121, 122 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Die Aufsichtsdarstellung von 39 kann in entsprechender Weise in Bezug auf 49 zur Anwendung kommen. Bei der Vereinzelung wird der Kunststoffkörper 150 in den einzelnen Bauelementen 100 zugehörige Kunststoffgehäusekörper 155 aufgeteilt.
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Ein einzelnes, mit Hilfe des zuvor erläuterten Verfahrens hergestelltes optoelektronisches Bauelement 100 ist in der seitlichen Schnittdarstellung von 50 gezeigt. Von oben betrachtet kann das Bauelement 100 einen Aufbau entsprechend 41 besitzen. Das Bauelement 100 weicht von der in 40 gezeigten Ausgestaltung dadurch ab, dass der Kunststoffgehäusekörper 155 zwei unterschiedliche Kunststoffmaterialien 151, 152 umfasst. Das erste Kunststoffmaterial 151 befindet sich seitlich neben und zwischen den Trägerabschnitten 121, 122. Das zweite Kunststoffmaterial 152 ist auf dem ersten Kunststoffmaterial 151, den Trägerabschnitten 121, 122 und dem Halbleiterchip 170 angeordnet. Eine Vorderseite 101 des Bauelements 100 ist durch das zweite Kunststoffmaterial 152 gebildet. Eine umlaufende Mantelfläche 105 des Bauelements 100 ist durch beide Kunststoffmaterialien 151, 152 gebildet. Eine strukturierte Rückseite 102 des Bauelements 100 ist durch das erste Kunststoffmaterial 151 und die Trägerabschnitte 121, 122 gebildet. Im Betrieb des Bauelements 100 kann eine Lichtstrahlung über das zweite Kunststoffmaterial 152 des Kunststoffgehäusekörpers 155, und damit über die Vorderseite 102 und die Mantelfläche 105 abgegeben werden. Eine rückseitige Strahlungsemission kann mit Hilfe des reflektiven ersten Kunststoffmaterials 151 unterdrückt werden.
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51 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements 100, welches einen Aufbau vergleichbar zu den 42, 43 besitzt, und welches, entsprechend des vorhergehend erläuterten Bauelements 100, einen aus zwei Kunststoffmaterialien 151, 152 aufgebauten Kunststoffgehäusekörper 155 aufweist. Daher kann auch hier eine rückseitige Strahlungsemission im Betrieb des Bauelements 100 vermieden werden. Die nicht gezeigte Herstellung von Bauelementen 100 mit der in 51 gezeigten Ausgestaltung 100 kann analog zu dem vorhergehend erläuterten Verfahren erfolgen, wobei hierbei Trägerabschnitte 121, 122 mit unterschiedlichen lateralen Abmessungen erzeugt und Halbleiterchips 170 lediglich auf Trägerabschnitten 121 montiert werden.
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Bei den oben erläuterten Verfahrensabläufen werden optoelektronische Bauelemente 100 hergestellt, welche durch Trägerabschnitte bzw. dazugehörige Ätzmasken-Schichtabschnitte 142 gebildete rückseitige Anschlussflächen 135 aufweisen. Im Rahmen einer Oberflächenmontage der optoelektronischen Bauelemente 100 können die Anschlussflächen 135 mit einem Lotmittel benetzt werden. Auch in Bezug auf die Seitenflanken 131 der Trägerabschnitte kann es gegebenenfalls zu einer Benetzung kommen, selbst wenn zusätzlich ein Flussmittel eingesetzt wird. Dies kann gewünscht oder unerwünscht sein. In diesem Zusammenhang kann es in Betracht kommen, die Verfahren derart abzuwandeln, dass Benetzungsschichten 145 auf metallischen Trägerabschnitten ausgebildet werden, mit deren Hilfe eine vorgegebene Benetzung mit einem Lotmittel erzielt werden kann.
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Zur Veranschaulichung wird im Folgenden anhand der seitlichen Schnittdarstellungen der 52 und 53 eine mögliche Vorgehensweise in Bezug auf das Verfahren der 46 bis 49 näher erläutert. Hierbei wird nach dem rückseitigen Ätzen zum Strukturieren des metallischen Trägers 110 in separate Trägerabschnitte 121, 122 (vgl. 48) und vor der Vereinzelung die rückseitige Ätzmaske 142, wie in 52 gezeigt, von den Trägerabschnitten 121, 122 entfernt. Bei einer metallischen Ätzmaske 142 kann dieser Vorgang zum Beispiel auf mechanische Weise mittels Schleifen oder Läppen durchgeführt werden (nicht dargestellt). Damit dieser Vorgang einfach durchgeführt werden kann, kann es auch in Betracht kommen, die rückseitige Ätzmaske 142 abweichend von der obigen Beschreibung nicht in Form einer metallischen Ätzmaske, sondern stattdessen in Form einer Fotolackmaske aus einem Fotolackmaterial zu verwirklichen. In dieser Ausgestaltung kann das Entfernen der Ätzmaske 142 zum Beispiel unter Verwendung eines Lösungsmittels durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Anschließend werden die gegenüber dem Kunststoffkörper 150 hervorstehenden Trägerabschnitte 121, 122 gereinigt (nicht dargestellt), wodurch an der Rückseite und an den Seitenflanken 131 der Trägerabschnitte 121, 122 das blanke ursprüngliche metallische Trägermaterial (Kupfer) vorliegen kann. Des Weiteren wird, wie in 53 gezeigt ist, eine metallische Benetzungsschicht 145 auf der Rückseite und auf den Seitenflanken der Trägerabschnitte 121, 122 ausgebildet. Hierfür kann ein stromloses Metallisierungsverfahren (Electroless Plating) durchgeführt werden, in welchem die Benetzungsschicht 145 selektiv und ohne Anwendung einer Maske bzw. Fotolackmaske auf den Trägerabschnitten 121, 122 erzeugt wird. Möglich ist zum Beispiel ein ENEPIG-Verfahren (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), so dass eine Benetzungsschicht 145 aus NiPdAu gebildet wird. Nachfolgend kann der Bauelementverbund durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt werden (nicht dargestellt).
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54 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten optoelektronischen Bauelements 100, welches nach Durchführen einer Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte 260 angeordnet ist. Die Leiterplatte 260 weist Kontakte 261 auf. Das Bauelement 100 ist mit den metallischen Trägerabschnitten 121, 122 und unter Verwendung eines Lotmittels 270 elektrisch und mechanisch mit den Kontakten 261 der Leiterplatte 260 verbunden. Die Ausgestaltung der Trägerabschnitte 121, 122 mit der auf der Rückseite und auf den Seitenflanken vorhandenen Benetzungsschicht 145 ermöglicht eine mehrseitige Benetzung der Trägerabschnitte 121, 122 mit dem Lotmittel 270 über eine relativ große Benetzungsfläche. Hieraus resultiert eine hohe Scherfestigkeit des auf der Leiterplatte 260 montierten Bauelements 100. Ferner kann eine seitliche Lötkontrolle ermöglicht werden.
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Die 55 bis 57 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen eine weitere Vorgehensweise, welche in Bezug auf Verfahren der 46 bis 49 dankbar ist. Hierbei wird nach dem rückseitigen Ätzen zum Strukturieren des metallischen Trägers 110 in separate Trägerabschnitte 121, 122 (vgl. 48) und vor der Vereinzelung die rückseitige Ätzmaske 142 von den Trägerabschnitten 121, 122 entfernt (vgl. 52), werden die gegenüber dem Kunststoffkörper 150 hervorstehenden Trägerabschnitte 121, 122 gereinigt (nicht dargestellt), und wird, wie in 55 gezeigt ist, eine Antibenetzungsschicht 146 auf der Rückseite und auf den Seitenflanken der Trägerabschnitte 121, 122 ausgebildet. Für das Ausbilden der Antibenetzungsschicht 146 kann ein Metall wie zum Beispiel Nickel durch ein stromloses Metallisierungsverfahren auf den Trägerabschnitten 121, 122 abgeschieden und anschließend oxidiert werden. Die dadurch gebildete Antibenetzungsschicht 146 wird nachfolgend, wie in 56 gezeigt ist, an der Rückseite der Trägerabschnitte 121, 122 entfernt. Dieser Vorgang kann zum Beispiel auf mechanische Weise mittels Schleifen oder Läppen durchgeführt werden. Möglich ist es auch, die Antibenetzungsschicht 146 nur zum Teil zu entfernen oder anzuschleifen (jeweils nicht dargestellt). Nachfolgend wird, wie in 57 gezeigt ist, eine metallische Benetzungsschicht 145 auf der Rückseite der Trägerabschnitte 121, 122 ausgebildet. Dies kann wie oben beschrieben mit Hilfe eines stromlosen Metallisierungsverfahrens wie zum Beispiel eines ENEPIG-Verfahrens erfolgen, in welchem die Benetzungsschicht 145 selektiv und ohne eine (Fotolack-)Maske auf der Rückseite den Trägerabschnitte 121, 122 erzeugt wird. Nachfolgend kann der Bauelementverbund durch Durchtrennen des Kunststoffkörpers 150 in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt werden (nicht dargestellt).
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58 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten optoelektronischen Bauelements 100, welches nach Durchführen einer Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte 260 angeordnet ist. Das Bauelement 100 ist mit den metallischen Trägerabschnitten 121, 122 und unter Verwendung eines Lotmittels 270 elektrisch und mechanisch mit Kontakten 261 der Leiterplatte 260 verbunden. Die Ausgestaltung der Trägerabschnitte 121, 122 mit der auf den Seitenflanken angeordneten Antibenetzungsschicht 146 und der auf der Rückseite vorhandenen Benetzungsschicht 145 ermöglicht eine planare Benetzung der Trägerabschnitte 121, 122 mit dem Lotmittel 270. Eine Benetzung der Seitenflanken der Trägerabschnitte 121, 122 kann durch die Antibenetzungsschicht 146 verhindert werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die Antibenetzungsschicht 146 durch eine hohe Stabilität, auch gegenüber einem Flussmittel, auszeichnen kann. Dies ist zum Beispiel der Fall bei einer Ausgestaltung der Antibenetzungsschicht 146 aus Nickeloxid. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, kleine Trägerabschnitte 121, 122 und kleine Abstände zwischen den Trägerabschnitten 121, 122 vorzusehen.
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Auch die anderen der oben beschriebenen Verfahrensabläufe können in entsprechender Weise dahingehend abgewandelt werden, dass Trägerabschnitte vor der Vereinzelung mit einer Benetzungsschicht 145 und gegebenenfalls einer Antibenetzungsschicht 146 versehen werden (nicht dargestellt).
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In Bezug auf die Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 mit einem in einem Kunststoffgehäusekörper 155 eingebetteten strahlungsemittierenden Halbleiterchip 170, wie sie anhand der Verfahrensabläufe der 33 bis 39 und der hierauf folgenden Figuren erläutert wurde, bestehen weitere mögliche Abwandlungen darin, optoelektronische Bauelemente 100 herzustellen, welche statt einem einzelnen mehrere Halbleiterchips 170 aufweisen. Die mehreren Halbleiterchips 170 können getrennt ansteuerbar sein, was sich durch eine hierauf abgestimmte Ausgestaltung von metallischen Trägerabschnitten und eine entsprechende Verschaltung der Halbleiterchips 170 verwirklichen lässt. Ferner können die Halbleiterchips 170 zum Erzeugen von unterschiedlichen Lichtstrahlungen ausgebildet sein, und können die Bauelemente 100 zum Beispiel in Form von RGB-Bauelementen verwirklicht werden.
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Zur Veranschaulichung des vorgenannten Aspekts zeigen die 59 und 60 eine seitliche Schnittdarstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements 100. Das Bauelement 100 weist vier separate und rückseitig kontaktierbare metallische Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, drei auf dem Trägerabschnitt 121 angeordnete strahlungsemittierende Halbleiterchips 170 und einen an die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 und die Halbleiterchips 170 angrenzenden und die Halbleiterchips 170 verkapselnden Kunststoffgehäusekörper 155 auf. Der Kunststoffgehäusekörper 155 ist aus einem strahlungsdurchlässigen bzw. klaren Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Halbleiterchips 170 können zum Erzeugen einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein, so dass das Bauelement 100 ein RGB-Bauelement ist.
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Vorliegend weisen die Halbleiterchips 170 einen nicht gezeigten rückseitigen Kontakt und einen vorderseitigen Kontakt 175 auf. Mit dem rückseitigen Kontakt und über ein nicht gezeigtes elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial (Klebstoff, Lotmittel oder Sinterpaste) sind die Halbleiterchips 170 mit dem Trägerabschnitt 121 elektrisch verbunden. Die vorderseitigen Kontakte 175 der Halbleiterchips 170 sind über Bonddrähte 180 an jeweils einen der Trägerabschnitte 122, 123, 124 angeschlossen. Die Schnittdarstellung von 59 weicht aus Gründen der Übersichtlichkeit etwas von 60 ab, indem zwei Halbleiterchips 170 nebst Bonddrähten 180 in einer gemeinsamen Schnittebene liegend dargestellt sind. Die nicht dargestellte Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 mit der in den 59, 60 gezeigten Ausgestaltung kann vergleichbar zu dem Verfahrensablauf der 33 bis 39 erfolgen, wobei hierbei für jedes herzustellende Bauelement 100 Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124 erzeugt und Halbleiterchips 170 entsprechend den 59, 60 auf Trägerabschnitten 121 montiert und verdrahtet werden.
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Die 61 und 62 zeigen eine seitliche Schnittdarstellung und eine Aufsichtsdarstellung eines weiteren, ähnlich aufgebauten optoelektronischen Bauelements 100. Das Bauelement 100 weist sechs separate und rückseitig kontaktierbare metallische Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, 125, 126 auf, wobei auf den Trägerabschnitten 121, 123, 125 jeweils ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 170 angeordnet ist. Weiter weist das Bauelement 100 einen an die Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, 124, 126 und Halbleiterchips 170 angrenzenden und die Halbleiterchips 170 verkapselnden Kunststoffgehäusekörper 155 auf. Der Kunststoffgehäusekörper 155 ist aus einem strahlungsdurchlässigen bzw. klaren Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Halbleiterchips 170 können zum Erzeugen einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein, so dass das Bauelement 100 ein RGB-Bauelement ist.
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Die Halbleiterchips 170 sind mit einem rückseitigen Kontakt und über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial mit den Trägerabschnitten 121, 123, 125 elektrisch verbunden (nicht dargestellt). Die vorderseitigen Kontakte 175 der Halbleiterchips 170 sind über Bonddrähte 180 an jeweils einen der Trägerabschnitte 122, 124, 126 angeschlossen. Die nicht dargestellte Herstellung von optoelektronischen Bauelementen 100 mit dem in den 61, 62 gezeigten Aufbau kann vergleichbar zu dem Verfahrensablauf der 33 bis 39 erfolgen, wobei hierbei für jedes herzustellende Bauelement 100 Trägerabschnitte 121, 122, 123, 124, 125, 126 ausgebildet und Halbleiterchips 170 entsprechend den 61, 62 auf Trägerabschnitten 121, 123, 125 montiert und verdrahtet werden.
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Neben den vorstehend beschriebenen und in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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Es ist zum Beispiel möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien einzusetzen. In diesem Sinne kann ein Träger 110 zum Beispiel aus einem anderen metallischen Material ausgebildet sein als Kupfer. Mögliche Trägermaterialien sind beispielsweise Eisen-Nickel, Aluminium oder Molybdän. Des Weiteren sind obige Zahlenangaben lediglich als Beispiele anzusehen, welche durch andere Angaben ersetzt werden können.
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Für das Bewirken einer Strahlungskonversion können strahlungsemittierende Halbleiterchips verwendet werden, welche ein schichtförmiges oder plättchenförmiges Konversionselement zur Strahlungskonversion aufweisen. Alternativ kann eine solche Konversionsschicht oder ein Konversionselement auch nach der Chipmontage auf Halbleiterchips ausgebildet oder angeordnet werden.
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Eine weitere Abwandlung besteht darin, eine vorderseitige Ätzmaske 141 nicht in Form einer metallischen Ätzmaske, sondern in Form einer Fotolackmaske aus einem Fotolackmaterial zu verwirklichen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- optoelektronisches Bauelement
- 101
- Vorderseite
- 102
- Rückseite
- 105
- Mantelfläche
- 110
- Träger
- 111
- Vorderseite
- 112
- Rückseite
- 121
- Trägerabschnitt
- 122
- Trägerabschnitt
- 123
- Trägerabschnitt
- 124
- Trägerabschnitt
- 125
- Trägerabschnitt
- 126
- Trägerabschnitt
- 130
- Vertiefung
- 131
- Seitenflanke
- 132
- Vertiefung
- 133
- Durchgangsloch
- 135
- Anschlussfläche
- 139
- Ätzbereich
- 141
- Ätzmaske
- 142
- Ätzmaske
- 145
- Benetzungsschicht
- 146
- Antibenetzungsschicht
- 150
- Kunststoffkörper
- 151
- Kunststoffmaterial
- 152
- Kunststoffmaterial
- 155
- Kunststoffgehäusekörper
- 156
- Kavität
- 157
- Kavität
- 158
- Verankerungsabschnitt
- 161
- Füllmaterial
- 162
- Füllmaterial
- 170
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 175
- Kontakt
- 176
- Kontakt
- 180
- Bonddraht
- 190
- Treiberchip
- 200
- vorgefertigtes Gehäuse
- 210
- Dicke
- 230
- Tiefe
- 241
- Abstand
- 242
- Abstand
- 260
- Leiterplatte
- 261
- Kontakt
- 270
- Lotmittel
- 290
- Trennlinie