DE102011083691B4

DE102011083691B4 - Optoelektronisches halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102011083691B4
Application number: DE102011083691.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dobner; Jörg Sorg; Ralph Wirth
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN103843164A; US9437792B2; DE102011083691A1; US20140246688A1; WO2013045196A1; KR101588617B1; CN103843164B; KR20140074367A

Abstract

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2),
- einem Leiterrahmen (3) mit mehreren Leiterrahmenteilen (31, 32), wobei die Leiterrahmenteile (31, 32) aus einem Stanzträger (33) gefertigt sind und der Stanzträger (33) ein blechförmiges Halbzeug ist,
- mindestens zwei elektrischen Verbindungsmitteln (4), über die der Halbleiterchip (2) elektrisch mit dem Leiterrahmen (3) kontaktiert ist, und
- einem Vergusskörper (5), der an dem Leiterrahmen (3) angebracht ist und diesen mechanisch stützt, wobei
- die Leiterrahmenteile (31, 32) je an einer Oberseite (36) mit einer reflektierenden Beschichtung (6) versehen sind,
- der Halbleiterchip (2) auf der reflektierenden Beschichtung (6) an der Oberseite (36) angebracht ist,
- der Leiterrahmen (3) mindestens zwei Kontaktstellen (34) aufweist, auf die die Verbindungsmittel (4) unmittelbar angebracht sind,
- die Kontaktstellen (34) aus einem von der reflektierenden Beschichtung (6) verschiedenen Material gebildet sind,
- den Oberseiten (36) gegenüber liegende Unterseiten (35) der Leiterrahmenteile (31, 32) frei von der reflektierenden Beschichtung (6) sind, und
- zwei der Leiterrahmenteile (31) eine Biegung um 180° aufweisen, so dass ein Teil der Unterseiten (35) dieser Leiterrahmenteile (31) in dieselbe Richtung weist wie die Oberseite (35) des dritten Leiterrahmenteils (32), auf dem der Halbleiterchip (2) angebracht ist.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Die Druckschrift US 2010/0207152 A1 betrifft ein Gehäuse für ein Licht emittierendes Bauteil.
In der Druckschrift US 2003/0142500 A1 sind ein LED-Modul und ein Herstellungsverfahren für ein solches Modul angegeben.
Ein LED-Gehäuse mit einer gesteigerten Wärmeableitfähigkeit findet sich in der Druckschrift US 2011/0057217 A1 .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine hohe Lichtauskoppeleffizienz aufweist und das effizient herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil

- mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip,
- einen Leiterrahmen mit mehreren Leiterrahmenteilen, wobei die Leiterrahmenteile aus einem Stanzträger gefertigt sind und der Stanzträger ein blechförmiges Halbzeug ist,
- mindestens zwei elektrische Verbindungsmittel, über die der Halbleiterchip elektrisch mit dem Leiterrahmen kontaktiert ist, und
- einen Vergusskörper, der an dem Leiterrahmen angebracht ist und diesen mechanisch stützt,

- die Leiterrahmenteile je an einer Oberseite mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sind,
- der Halbleiterchip auf der reflektierenden Beschichtung an der Oberseite angebracht ist,
- der Leiterrahmen mindestens zwei Kontaktstellen aufweist, auf die die Verbindungsmittel unmittelbar angebracht sind,
- die Kontaktstellen aus einem von der reflektierenden Beschichtung verschiedenen Material gebildet sind,
- den Oberseiten gegenüber liegende Unterseiten der Leiterrahmenteile frei von der reflektierenden Beschichtung sind, und
- zwei der Leiterrahmenteile eine Biegung um 180° aufweisen, so dass ein Teil der Unterseiten dieser Leiterrahmenteile in dieselbe Richtung weist wie die Oberseite des dritten Leiterrahmenteils, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist.

Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen, bevorzugt mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Bei dem mindestens einen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine Fotodiode oder, bevorzugt, um eine Leuchtdiode. Ebenso kann der Halbleiterchip als Halbleiterlaser ausgeformt sein. Zusätzlich zu dem Halbleiterchip umfasst das Halbleiterbauteil optional auch eine Schutzdiode gegen elektrostatische Entladung, kurz ESD-Schutzdiode.
Wird im Folgenden der Begriff Halbleiterchip in der Einzahl verwendet, so sind mehrere Halbleiterchips mit eingeschlossen. Die genannten Eigenschaften oder Merkmale hinsichtlich des oder der Halbleiterchips gelten dann bevorzugt für eine Mehrheit der Halbleiterchips oder für alle optoelektronischen Halbleiterchips, insbesondere für alle solchen Halbleiterchips, die zu einer Strahlungsemission im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils eingerichtet sind.
Es umfasst das Halbleiterbauteil einen Leiterrahmen. Der Leiterrahmen weist mehrere Leiterrahmenteile auf. Die Leiterrahmenteile sind aus einem metallischen Material, bevorzugt basierend auf Metallen wie Kupfer oder Aluminium, beispielsweise einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung, geformt und sind innerhalb des Halbleiterbauteils nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbunden. Über den Leiterrahmen ist das Halbleiterbauteil extern elektrisch kontaktierbar.
Es umfasst das Halbleiterbauteil mindestens zwei elektrische Verbindungsmittel. Über die Verbindungsmittel ist der Halbleiterchip direkt oder indirekt elektrisch mit dem Leiterrahmen sowie mit einem oder mehreren der Leiterrahmenteile kontaktiert. Bei dem Verbindungsmittel handelt es sich bevorzugt um einen Bond-Draht, um ein flexibles Leiterband oder um eine elektrisch leitfähige Beschichtung, die von einer elektrischen Kontaktfläche des Halbleiterchips hin zu mindestens einem der Leiterrahmenteile reicht.
Es weist das Halbleiterbauteil mindestens einen Vergusskörper auf. Der Vergusskörper ist an dem Leiterrahmen angebracht und stützt diesen mechanisch. Weist der Leiterrahmen mehrere Leiterrahmenteile auf, so verbindet der Vergusskörper die Leiterrahmenteile mechanisch miteinander. Es ist möglich, dass der Vergusskörper als Reflektor oder Reflektorteil für von den Halbleiterchips ausgesandte Strahlung ausgebildet ist und hierzu zusätzliche Beschichtungen umfasst.
Es sind die Leiterrahmenteile an einer Oberseite mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Eine Reflektivität der Beschichtung liegt für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 480 nm, bei mindestens 90 %, bevorzugt bei mindestens 95 %, besonders bevorzugt bei mindestens 97,5 %. Beschichtung bedeutet, dass auf ein Basismaterial des Leiterrahmens oder des entsprechenden Leiterrahmenteils ein weiteres oder mehrere weitere, insbesondere von dem Basismaterial verschiedene Materialien aufgebracht sind.
Es ist der Halbleiterchip auf der reflektierenden Beschichtung an der Oberseite angebracht. Mit anderen Worten befindet sich die reflektierende Beschichtung unmittelbar unterhalb des Halbleiterchips, in Draufsicht auf die Oberseite gesehen. Eine Unterseite des Leiterrahmens oder des Leiterrahmenteils, wobei die Unterseite der Oberseite gegenüberliegt und an der Unterseite insbesondere kein Halbleiterchip angebracht ist, ist frei von der reflektierenden Beschichtung. Der Halbleiterchip ist bevorzugt derart auf der Oberseite angebracht, zum Beispiel mit einem optisch transparenten und klarsichtigen Kleber, dass eine reflektierende Wirkung der Beschichtung unterhalb des Halbleiterchips für von dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung nicht oder nicht signifikant durch etwa den Kleber beeinträchtigt ist. Mit anderen Worten kann an der reflektierenden Beschichtung im Halbleiterchip erzeugte Strahlung reflektiert werden, ohne dass signifikante Absorptionsverluste oder Streuverluste auftreten.
Es weist der Leiterrahmen mindestens zwei Kontaktstellen auf. Auf die Kontaktstellen ist das Verbindungsmittel unmittelbar angebracht. Insbesondere sind die Kontaktstellen dazu eingerichtet, einen Bond-Draht darauf zu befestigen. Hierzu weisen die Kontaktstellen bevorzugt ein vergleichsweise weiches Material wie Gold, Silber oder Aluminium auf. Ebenso können die Kontaktstellen Materialien wie Palladium oder NiP, insbesondere mit einem Phosphor-Anteil von bis zu 10 %, aufweisen oder hieraus bestehen. Es ist möglich, dass die Leiterrahmenteile je höchstens eine der Kontaktstellen aufweisen.
Es sind die Kontaktstellen aus einem von einem Material der reflektierenden Beschichtung verschiedenen Material gebildet. Mit anderen Worten sind die Kontaktstellen nicht durch einen Teilbereich der reflektierenden Beschichtung gebildet.
Durch die reflektierende Beschichtung ist eine hohe Lichtauskoppeleffizienz des Halbleiterbauteils realisierbar, insbesondere falls der Halbleiterchip ein strahlungsdurchlässiges Substrat wie ein Saphirsubstrat aufweist, durch das in einer Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips erzeugte Strahlung an den Leiterrahmen gelangt. Dadurch, dass die Kontaktstellen frei von der reflektierenden Beschichtung sind, ist eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips mittels insbesondere Bond-Drähten effizient ermöglicht.
Es weist das Halbleiterbauteil einen Leiterrahmen mit mindestens zwei, bevorzugt mit mindestens drei Leiterrahmenteilen auf. Die Leiterrahmenteile sind aus demselben Stanzträger gefertigt. Ein Stanzträger ist hierbei ein blechförmiges Halbzeug, aus dem die Leiterrahmenteile herausgestanzt werden. Bei dem Stanzträger handelt es sich zum Beispiel um ein Aluminiumblech, das an einer Seite mit der reflektierenden Beschichtung versehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reflektierende Beschichtung durchgängig an allen Oberseiten der Leiterrahmenteile aufgebracht. Den Oberseiten gegenüberliegende Unterseiten der Leiterrahmenteile sind frei von der reflektierenden Beschichtung. An den Oberseiten sind also dann keine Bereiche gebildet, in denen die reflektierende Beschichtung entfernt ist. Ferner sind auf der reflektierenden Beschichtung, mit Ausnahme zur unmittelbaren Befestigung des Halbleiterchips oder eines Kontaktpodestes, keine weiteren Beschichtungslagen aufgebracht. Speziell sind auf der reflektierenden Beschichtung keine Leiterbahnen angebracht.
Es weisen mindestens zwei oder genau zwei der Leiterrahmenteile eine Biegung auf. Ein Biegewinkel beträgt 180°, bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 10° oder höchstens 5°. Biegung kann bedeuten, dass das gebogene Leiterrahmenteil mindestens zwei Bereiche der Oberseite aufweist, wobei Normalen zu diesen Oberseitenbereichen in unterschiedliche Richtungen weisen, wobei ein Winkel zwischen den Normalen bevorzugt die genannten Werte aufweist.
Es sind mindestens zwei der Leiterrahmenteile derart gebogen, dass ein Teil der Unterseiten der oder des gebogenen Leiterrahmenteils in dieselbe Richtung weist wie die Oberseite eines weiteren Leiterrahmenteils, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist. Mit anderen Worten liegt, in Draufsicht auf das Halbleiterbauteil und auf dem Halbleiterchip gesehen, dann ein Teil der nicht beschichteten Unterseite der gebogenen Leiterrahmenteile oben auf. Diese nach oben weisenden Bereiche der Unterseite der gebogenen Leiterrahmenteile bilden bevorzugt die Kontaktstellen für das Verbindungsmittel aus.
Gemäß einer Abwandlung des Halbleiterbauteils, bei dem dieses einen mindestens oder genau zweiteiligen Leiterrahmen aufweist, sind mindestens zwei der Leiterrahmenteile aus voneinander verschiedenen Stanzträgern gefertigt. Diese Leiterrahmenteile weisen zum Beispiel voneinander verschiedene Basismaterialien wie Kupfer oder Aluminium auf und/oder sind mit voneinander verschiedenen Beschichtungen versehen oder nur eines der Leiterrahmenteile ist mit der reflektierenden Beschichtung versehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist nur die Oberseite des Leiterrahmenteils, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist, mit der reflektierenden Beschichtung versehen. Die weiteren Oberseiten der anderen Leiterrahmenteile sowie alle Unterseiten sind dann bevorzugt frei von der reflektierenden Beschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die reflektierende Beschichtung an mindestens einer der Kontaktstellen von der Oberseite mindestens eines, insbesondere genau eines der Leiterrahmenteile entfernt. Hierdurch ist es ermöglicht, das Verbindungsmittel direkt mit dem Basismaterial des entsprechenden Leiterrahmenteils zu verbinden, ohne dass die reflektierende Beschichtung hindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils bildet die reflektierende Beschichtung mindestens 90 % einer Oberseite, an der die Kontaktstellen gebildet sind, in Draufsicht gesehen. Bevorzugt bedeckt die reflektierende Beschichtung mindestens 95 % oder mindestens 98 % dieser Oberseite. Der Vergusskörper kann hierbei außer Betracht bleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist mindestens eine der Kontaktstellen, die sich bevorzugt an einer der Oberseiten befindet, mit einer Kontaktbeschichtung versehen. Über eine solche Kontaktbeschichtung ist ein Anbringen des Verbindungsmittels an dem entsprechenden Leiterrahmenteil vereinfachbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktbeschichtung auf der reflektierenden Beschichtung angebracht. Mit anderen Worten liegt die reflektierende Beschichtung dann zwischen dem Leiterrahmenteil und der Kontaktbeschichtung, die die Kontaktstelle bildet. Bei der Kontaktbeschichtung kann es sich auch um einen Schichtenstapel aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Materialien handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Oberseite des Leiterrahmenteils, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist, eben geformt, mindestens in einem nicht von dem Vergusskörper überdeckten Bereich. Hierdurch ist ein Anbringen der Halbleiterchips in größerer Anzahl auf der Oberseite vereinfacht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegen die Kontaktstellen, in einer Richtung weg von der Oberseite, auf der der Halbleiterchip angebracht ist und entlang einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterchips, höher als die Oberseite, auf der sich der Halbleiterchip befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind auf der Oberseite des Leiterrahmenteils, auf dem sich der Halbleiterchip befindet, mindestens ein, bevorzugt mindestens zwei oder genau zwei Kontaktpodeste angebracht. Eine Podestoberseite der Kontaktpodeste liegt bevorzugt in einer Ebene mit einer Strahlungshauptseite des Halbleiterchips, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 15 % oder von höchstens 5 % einer Dicke des Halbleiterchips. Das Kontaktpodest ist beispielsweise an einer der Oberseite des Leiterrahmenteils zugewandten Podestunterseite elektrisch isolierend und an der Podestoberseite elektrisch leitfähig. In dem Kontaktpodest können optional weitere Funktionen wie ein ESD-Schutz integriert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind an der Podestoberseite, die dem Leiterrahmenteil abgewandt ist, mindestens zwei oder genau zwei der Verbindungsmittel angebracht. Eines der Verbindungsmittel reicht bevorzugt zu einer der Kontaktstellen auf einem weiteren Leiterrahmenteil, ein zweites der Verbindungsmittel reicht bevorzugt zu einem der Halbleiterchips. Von der Podestoberseite ausgehend können mehrere der Halbleiterchips elektrisch kontaktiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses voneinander verschieden geformte Verbindungsmittel und/oder Verbindungsmittel mit unterschiedlichen Materialien auf. Beispielsweise erfolgt eine elektrische Kontaktierung zwischen benachbarten Halbleiterchips über dünne Bond-Drähte und eine Kontaktierung hin zu den Kontaktstellen an den Leiterrahmenteilen mit im Vergleich hierzu dickeren Bond-Drähten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind die Kontaktstellen vor direkter von dem Halbleiterchip emittierter Strahlung abgeschattet. Mit anderen Worten gibt es keine gerade, ununterbrochene Verbindungslinie von einer der Oberseite abgewandten Strahlungshauptseite des Halbleiterchips hin zu den Kontaktstellen. Die Abschattung erfolgt beispielsweise durch Teile des Leiterrahmenteils, an dem die Kontaktstelle ausgebildet ist, und/oder durch den Vergusskörper. Beispielsweise sind die Kontaktstellen ringsum von einem Material des Vergusskörpers umrahmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Vergusskörper aus einem lichtundurchlässigen Material gebildet oder umfasst mindestens ein solches Material. Der Vergusskörper ist zum Beispiel aus einem reflektierenden oder absorbierenden Kunststoff geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leiterrahmenteile oder eines oder mehrere der Leiterrahmenteile als Basismaterial Aluminium auf, insbesondere eine Aluminiumlegierung. Auf dem Basismaterial ist die reflektierende Beschichtung aufgebracht. Die reflektierende Beschichtung weist insbesondere eine Silberschicht auf, auf der bevorzugt wiederum eine oder mehrere Schichten mit einem Siliziumoxid und/oder einem Titanoxid ausgeformt sind. Die reflektierende Beschichtung umfasst bevorzugt einen Schichtenstapel aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, so dass ein Bragg-Spiegel gebildet ist. Insbesondere ist ein metallischer Spiegel, bevorzugt mit oder aus Silber, und ein Schichtenstapel insbesondere mit einem Titanoxid und mit einem Siliziumoxid kombiniert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind die Kontaktstellen mit einer Schichtenfolge aus Nickel, Palladium und Gold gebildet, wobei die Nickelschicht bevorzugt dicker ist als die Goldschicht und die Palladiumschicht. Eine Dicke der Nickelschicht liegt bevorzugt zwischen einschließlich 3 µm und 5 µm. Die Palladiumschicht zwischen der Goldschicht und der Nickelschicht weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 100 nm auf. Eine Dicke der Goldschicht beträgt bevorzugt mindestens 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine Dicke des Leiterrahmenteils oder der Leiterrahmenteile, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist und/oder die bevorzugt auf Aluminium basieren, insbesondere inklusive der reflektierenden Beschichtung, höchstens 2 mm oder höchstens 1,5 mm. Es übersteigt diese Dicke beispielsweise 300 µm oder 500 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine Dicke des Leiterrahmenteils oder der Leiterrahmenteile, die zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils eingerichtet sind und die bevorzugt auf Kupfer basieren, höchstens 300 µm oder höchstens 200 µm. Es übersteigt diese Dicke beispielsweise 80 µm oder 125 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser des Leiterrahmenteils, auf dem der Halbleiterchip angebracht ist, zwischen einschließlich 8 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 15 mm und 28 mm. Solche vergleichsweise große Durchmesser bei insbesondere dünnen Leiterrahmenteilen sind durch die mechanisch stabilisierende Wirkung des Vergusskörpers erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umgibt der Vergusskörper, in Draufsicht gesehen, den Halbleiterchip ringsum und vollständig. Ein von dem Vergusskörper umschlossenes Areal ist hierbei, ebenfalls in Draufsicht gesehen, vollständig von dem Leiterrahmenteil, auf dem der Halbleiterchip aufgebracht ist, ausgefüllt. Dadurch, dass innerhalb des Vergusskörpers nur eines der Leiterrahmenteile eine Oberfläche ausbildet, ist ein Reflexionsverhalten innerhalb dieses Areals besonders gleichmäßig.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
2 bis 8 schematische Darstellungen von Abwandlungen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
9 einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen Halbleiterbauteilen, und
10 und 11 schematische Abläufe von Abwandlungen von Verfahren zur Herstellung von Abwandlungen von Halbleiterbauteilen.

In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Leiterrahmen 3 mit drei Leiterrahmenteilen 31, 32 auf. Auf dem zentral angeordneten Leiterrahmenteil 32 sind matrixartig eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips 2 angebracht. Bei den Halbleiterchips 2 handelt es sich bevorzugt um Leuchtdioden, kurz LEDs. Das Halbleiterbauteil 1 ist oberflächenmontierbar, es handelt sich um ein so genanntes SMT-Bauteil.
Die Leiterrahmenteile 31, 32 weisen jeweils an einer Oberseite 36 eine reflektierende Beschichtung 6 auf. Die Halbleiterchips 2 sind unmittelbar auf der reflektierenden Beschichtung 6 und somit auf der Oberseite 36 des zentralen Leiterrahmenteils 32 aufgebracht, zum Beispiel aufgeklebt. Die beiden außen liegenden Leiterrahmenteile 31 weisen jeweils eine Biegung 37 um 180° auf, so dass stellenweise eine der Oberseite 36 gegenüberliegende Unterseite 35 dieser Leiterrahmenteile 31 nach oben in dieselbe Richtung wie die Oberseite 36 des zentralen Leiterrahmenteils 32 weist.
Zur elektrischen Kontaktierung weist das Halbleiterbauteil 1 an der Oberseite 36 des zentralen Leiterrahmenteils 32 bevorzugt zwei Kontaktpodeste 9 mit Podestoberseiten 90 auf. Aufgrund der perspektivischen Darstellung ist nur eines der Kontaktpodeste 9, englisch auch als island die bezeichnet, in 1 erkennbar. Die Kontaktpodeste 9 weisen näherungsweise dieselbe Größe auf wie die Halbleiterchips 2, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 20 % entlang aller Raumrichtungen. Die Halbleiterchips 2 sind mit den Kontaktpodesten 9 sowie untereinander mit in 1 nicht gezeichneten, vergleichsweise dünnen Bond-Drähten verbunden, die zum Beispiel aus Gold gefertigt sind und Durchmesser zwischen einschließlich 15 µm und 30 µm, insbesondere zirka 22 µm, aufweisen können.
Ferner sind die Kontaktpodeste 9 über Verbindungsmittel 4 mit Kontaktstellen 34 elektrisch verbunden. Die Verbindungsmittel 4 sind als Bond-Drähte geformt. Ein Material der Verbindungsmittel 4 ist beispielsweise Aluminium und/oder Gold und eine Dicke der Verbindungsmittel 4 liegt zum Beispiel bei zirka 50 µm oder 75 µm. Die Kontaktstellen 34 sind durch die Teile der Unterseiten 35 der äußeren Leiterrahmenteile 31 gebildet, die in eine Hauptabstrahlrichtung z der Halbleiterchips 2 weisen. Die Kontaktstellen 34 sind hierbei von einem Material eines Vergusskörpers 5 in lateraler Richtung ringsum vollständig umgeben und hierdurch von den Halbleiterchips 2 abgeschattet. Über den Vergusskörper 5 sind die einzelnen Leiterrahmenteile 31, 32 des Leiterrahmens 3 mechanisch miteinander verbunden.
In 2 ist eine Abwandlung des Halbleiterbauteils 1 perspektivisch dargestellt. Zur Vereinfachung sind die Halbleiterchips 2 sowie die Verbindungsmittel 4 und die optionalen Kontaktpodeste 9 nicht gezeichnet. Das Halbleiterbauteil 1 gemäß 2 ist auch in einer Ansicht von unten in 3 und in einer Seitenansicht in 4 illustriert.
Das Halbleiterbauteil 1 weist ein zentrales Leiterrahmenteil 32 auf, das an zwei Seiten an jeweils drei Leiterrahmenteile 31 grenzt. Die äußeren Leiterrahmenteile 31 sowie das zentrale Leiterrahmenteil 32 sind aus voneinander verschiedenen Stanzträgern gefertigt. Nur das zentrale Leiterrahmenteil 32 ist an der Oberseite 36 mit der reflektierenden Beschichtung 6 versehen. Optional ist das zentrale Leiterrahmenteil 32 mit einer Befestigungsvorrichtung 38 ausgestattet.
Eine Breite A1 der Befestigungsvorrichtung 38 liegt bei 12 mm. Eine Breite A2 der Leiterrahmenteile 31 beträgt 12 mm. Ein Innendurchmesser A3 des Vergusskörpers 5 liegt bei 23 mm, ein Außendurchmesser A4 bei 30 mm. Eine Breite A5 eines Simses, an dem die Kontaktstellen 34 angebracht sind, vergleiche 2, liegt bei 1,5 mm. Eine Dicke A6 des gesamten Halbleiterbauteils 1 beträgt 2,7 mm. Die genannten Maße oder ein Teil der genannten Maße können auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten. Die genannten Maße gelten insbesondere jeweils mit einer Toleranz von höchstens 75 % oder von höchstens 50 % oder von höchstens 25 %.
In 5 ist in einer schematischen Schnittdarstellung eine weitere Abwandlung des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Die Leiterrahmenteile 31, 32 liegen nicht in einer Ebene. An dem Leiterrahmenteil 32, auf dem der Halbleiterchip 2 mit der Strahlungshauptseite 20 aufgebracht ist, ist eine Ausnehmung in der Beschichtung 6 an der Oberseite 36 geformt. Hierdurch ist die Kontaktstelle 34 realisiert. Das Leiterrahmenteil 31 ist bevorzugt nicht mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Optional ist an den Kontaktstellen 34 jeweils eine Kontaktbeschichtung 8 angebracht, um eine Verbindung des Verbindungsmittels 4 mit den Leiterrahmenteilen 31, 32 zu vereinfachen.
Anders als bei der Abwandlung gemäß 5 wird eine Bauteilunterseite des Halbleiterbauteils 1 sowohl durch den Vergusskörper 5 als auch durch die Unterseite 35 des Leiterrahmenteils 32 gebildet. Beide Kontaktstellen 34 sind durch Bereiche der Oberseiten 36 gebildet, an denen die reflektierende Beschichtung 6 entfernt ist. Gemäß der Abwandlung in 6 ist der Halbleiterchip 2 über das Verbindungsmittel 4 unmittelbar mit dem Leiterrahmenteil 31 verbunden.
Es kann eine Ausnehmung 7, die durch den Vergusskörper 5 gebildet ist, mit einer Füllung versehen sein, in die die Verbindungsmittel 4 sowie der Halbleiterchip 2 eingebettet sind. Der Füllung, in den Figuren nicht gezeichnet, können optische Diffusionsmittel oder Wellenlängenkonversionsmittel beigegeben sein. Beispielsweise weist die Füllung ein Silikon oder ein Epoxid oder ein Epoxid-Silikon-Hybridmaterial auf.
Gemäß der Abwandlung der 7 weist das Halbleiterbauteil 1 nur ein einziges Leiterrahmenteil 32 auf, auf dem stellenweise eine Kontaktbeschichtung mit einer dielektrischen Schicht 8a und mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 8b aufgebracht ist. Die Kontaktbeschichtung 8a, 8b bildet die Kontaktstelle 34. Die Kontaktstelle 34 kann ähnlich einer Leiterbahn ausgeformt sein.
Bei der Abwandlung gemäß 8 sind beide Leiterrahmenteile 31, 32 mit der Kontaktbeschichtung 8, optional mit Kontaktpodesten 9, versehen. Die Kontaktbeschichtung 8 ist jeweils auf die reflektierende Beschichtung 6 aufgebracht, so dass sich die reflektierende Beschichtung 6 vollständig über die zwei Oberseiten 36 erstreckt. Eine Dicke der Kontaktbeschichtungen 8 beträgt bevorzugt jeweils höchstens 25 % einer Dicke des Halbleiterchips 2 und/oder höchstens 10 µm.
In 9 ist in perspektivischer Darstellung ein Herstellungsverfahren für das optoelektronische Halbleiterbauteil 1, wie in 1 illustriert, gezeigt. In einem ersten Schritt, siehe 9A, wird ein Stanzträger 33 für den Leiterrahmen 3 bereitgestellt. Der Stanzträger 33 ist blechförmig und weist die mit der reflektierenden Beschichtung 6 versehene Oberseite 36 und die unbeschichtete Unterseite 35 auf.
In einem weiteren Verfahrensschritt, siehe 9B, werden die Konturen der Leiterrahmenteile 31, 32 etwa durch Stanzen geformt. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt, siehe 9C, werden die Biegungen 37 an den äußeren Leiterrahmenteilen 31 ausgeformt. Ferner wird in einem weiteren Verfahrensschritt, siehe 9D, eine Prägung 39 erzeugt. Die Prägung 39 erfolgt beispielsweise ringförmig und kann auf das zentrale Leiterrahmenteil 32 beschränkt sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt, siehe 9E, wird der Vergusskörper 5 etwa über ein Spritzgießen oder Druckgießen erzeugt. Hierdurch erfolgt eine mechanische Verbindung der Leiterrahmenteile 31, 32 untereinander. Gemäß 9F wird eine Verbindung der äußeren Leiterrahmenteile 31 zu dem Stanzträger 33 unterbrochen, so dass nur noch das Leiterrahmenteil 32 mit dem Stanzträger 33 mechanisch in Verbindung steht.
In einem weiteren Verfahrensschritt, siehe 9G, werden die Halbleiterchips 2 angebracht und eine elektrische Kontaktierung erfolgt über die Verbindungsmittel 4 und die Kontaktpodeste 9. Nachfolgend wird der verbleibende Stanzträger 33 entfernt und das Halbleiterbauteil 1 vereinzelt, so dass das Halbleiterbauteil 1 gemäß 1 erhalten wird, in 9 nicht dargestellt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils 1 insbesondere gemäß der Abwandlung der 2 ist schematisch in 10 in perspektivischen Darstellungen gezeigt. Gemäß 10A wird ein erster Stanzträger 33a bereitgestellt. Der Stanzträger 33a weist an der Oberseite 36 die reflektierende Beschichtung 6 auf, ein Basismaterial ist beispielsweise Aluminium. Ferner wird ein zweiter Stanzträger 33b bereitgestellt, in dem die Konturen der äußeren Leiterrahmenteile 31 geformt sind, siehe 10B. Der zweite Stanzträger 33b ist frei von der reflektierenden Beschichtung, ein Basismaterial kann Kupfer sein.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, siehe 10C, werden die Stanzträger 33a, 33b zu dem Leiterrahmen 3 zusammengefügt, etwa durch Aufeinanderlegen oder Zusammenpressen. Durch ein Erstellen des Vergusskörpers 5 werden die Stanzträger 33a, 33b sowie die Leiterrahmenteile 31, 32 miteinander verbunden, siehe 10D.
Eine weitere Abwandlung eines Verfahrens zur Herstellung eines abgewandelten Halbleiterbauteils 1 ist in 11 illustriert. Gemäß 11A werden die Leiterrahmenteile 32, auf denen die Halbleiterchips 2 befestigt werden, aus einem ersten Stanzträger 33, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung und mit der reflektierenden Beschichtung 6, gefertigt. Die Leiterrahmenteile 31 zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils 1 werden separat von den Leiterrahmenteilen 32 aus einem weiteren, in 11B nicht gezeichneten Stanzträger, beispielsweise aus einer Kupferlegierung, geformt. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen können die Leiterrahmenteile 31 dünner sein als die Leiterrahmenteile 32.
Die separat voneinander vorgefertigten Leiterrahmenteile 31, 32 werden dann beim Formen des Vergusskörpers 5 in eine nicht dargestellte Spritzform oder Pressform gegeben und über den Vergusskörper 5 mechanisch miteinander verbunden, siehe die perspektivische Darstellung in 11C. An der Vergussoberseite 50 sind optional die Ausnehmungen 7a geformt, so dass die Leiterrahmenteile 31 freigelegt sind.
In 11D ist ferner eine perspektivische Unteransicht des Halbeiterbauteils 1 dargestellt. Optional weist das Leiterrahmenteil 32 Ausnehmungen 7b auf, die von der Unterseite 35 bis zu den Leiterrahmenteilen 31 reichen und den Ausnehmungen 7a bevorzugt gegenüber liegen. Hierdurch sind die Leiterrahmenteile 31 beim Formen des Vergusskörpers 5 besser fixierbar, zusammen mit den Ausnehmungen 7a an der Vergussoberseite 50.
Die Verfahrensschritte des Prägens der Leiterrahmenteile 31, 32 und optional eines Biegens sowie des Anbringens und Verdrahtens der Halbleiterchips 2 sind in den 10 und 11 nicht eigens dargestellt, können aber ebenso erfolgen. Die Bearbeitung der beiden Stanzträger 33a, 33b kann beim Verfahren gemäß 10 oder 11 analog zum Verfahren gemäß 9 erfolgen. Die Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt, jedoch ist auch eine hiervon abweichende Reihenfolge möglich.
Die Verfahren, wie in den 9 bis 11 dargestellt, können zur Herstellung von Abwandlungen von Halbleiterbauteilen nach den 5 bis 8 analog eingesetzt werden. Insbesondere können die Verfahren jeweils optionale Schritte des Aufbringens von Kontaktbeschichtungen 8 und/oder des stellenweisen Entfernens der reflektierenden Beschichtung 6 zur Ausbildung der Kontaktstellen 34 beinhalten. Ebenso können die Verfahren weitere Schritte für das Gießen der nicht gezeichneten Füllung sowie des Testens der Halbleiterchips 2 umfassen.
Durch die dargestellten Verfahren ist in wenigen Schritten ein beschriebenes Halbleiterbauteil erzeugbar. Merkmale für die Halbleiterbauteile sind auch für die Verfahren offenbart und umgekehrt.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), - einem Leiterrahmen (3) mit mehreren Leiterrahmenteilen (31, 32), wobei die Leiterrahmenteile (31, 32) aus einem Stanzträger (33) gefertigt sind und der Stanzträger (33) ein blechförmiges Halbzeug ist, - mindestens zwei elektrischen Verbindungsmitteln (4), über die der Halbleiterchip (2) elektrisch mit dem Leiterrahmen (3) kontaktiert ist, und - einem Vergusskörper (5), der an dem Leiterrahmen (3) angebracht ist und diesen mechanisch stützt, wobei - die Leiterrahmenteile (31, 32) je an einer Oberseite (36) mit einer reflektierenden Beschichtung (6) versehen sind, - der Halbleiterchip (2) auf der reflektierenden Beschichtung (6) an der Oberseite (36) angebracht ist, - der Leiterrahmen (3) mindestens zwei Kontaktstellen (34) aufweist, auf die die Verbindungsmittel (4) unmittelbar angebracht sind, - die Kontaktstellen (34) aus einem von der reflektierenden Beschichtung (6) verschiedenen Material gebildet sind, - den Oberseiten (36) gegenüber liegende Unterseiten (35) der Leiterrahmenteile (31, 32) frei von der reflektierenden Beschichtung (6) sind, und - zwei der Leiterrahmenteile (31) eine Biegung um 180° aufweisen, so dass ein Teil der Unterseiten (35) dieser Leiterrahmenteile (31) in dieselbe Richtung weist wie die Oberseite (35) des dritten Leiterrahmenteils (32), auf dem der Halbleiterchip (2) angebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dessen mindestens drei Leiterrahmenteile (31, 32) aus demselben Stanzträger (33) gefertigt sind und bei denen die reflektierende Beschichtung (6) durchgängig an den Oberseiten (36) aufgebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, das genau drei der Leiterrahmenteile (31, 32) aufweist, wobei auf dem zentral angeordneten Leiterrahmenteil (32) in Matrixform eine Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterchips (2) angebracht sind, bei denen es sich um Leuchtdioden handelt, und wobei das Halbleiterbauteil (1) oberflächenmontierbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3, bei dem die Halbleiterchips (2) untereinander durch Bond-Drähte verbunden sind, wobei genau zwei elektrische Verbindungsmittel (4), die Bonddrähte sind, von den Kontaktstellen (34) in Richtung hin zu dem zentral angeordneten Leiterrahmenteil (32) verlaufen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Beschichtung (6) an mindestens einer der Kontaktstellen (34) von der Oberseite (36) von mindestens einem der Leiterrahmenteile (31, 32) entfernt ist, wobei die reflektierende Beschichtung (6) mindestens 90 % dieser Oberseite (36) bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die reflektierende Beschichtung (6) bei mindestens einer der Kontaktstellen (34) an der Oberseite (36) von mindestens einem der Leiterrahmenteile (31, 32) eine Kontaktbeschichtung (8) aufgebracht ist, wobei mindestens eines der Verbindungsmittel (4) auf der Kontaktbeschichtung (8) angebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberseite (36) des Leiterrahmenteils (32) mit dem Halbleiterchip (2) in einem nicht vom Vergusskörper (5) überdeckten Bereich eben geformt ist und, entlang einer Hauptabstrahlrichtung (z) der Halbleiterchips (2) gesehen, die Kontaktstellen (34) der weiteren Leiterrahmenteile (31) höher liegen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Oberseite (36) des Leiterrahmenteils (32) mit dem Halbleiterchip (2) mindestens ein Kontaktpodest (9) angebracht ist, wobei an einer Podestoberseite (90), die dem Leiterrahmenteil (32) abgewandt ist, mindestens zwei der Verbindungsmittel (4) angebracht sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein erstes der Verbindungsmittel (4) von einer der Kontaktstellen (34) zur Podestoberseite (90) und ein zweites der Verbindungsmittel (4) von der Podestoberseite (90) zu dem Halbleiterchip (2) geführt ist, wobei das erste und das zweite Verbindungsmittel (4) voneinander unterschiedlich geformt sind und/oder unterschiedliche Materialien aufweisen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem keine gerade, ununterbrochene Verbindungslinie von einer der Oberseite (36) abgewandten Strahlungshauptseite (20) des Halbleiterchips (2) zu den Kontaktstellen (34) vorhanden ist, so dass die Kontaktstellen (34) von direkter Strahlung des Halbleiterchips (2) abgeschattet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Abschattung der Kontaktstellen (34) durch den Vergusskörper (5) erfolgt, wobei der Vergusskörper (5) aus einem lichtundurchlässigen Material gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eines der Leiterrahmenteile (31, 32) eine Aluminiumlegierung als Basismaterial aufweist, und die reflektierenden Beschichtung (6) Silber und/oder ein Siliziumoxid und/oder ein Titanoxid umfasst oder hieraus besteht, wobei die Kontaktstellen (34) Aluminium, Silber, Nickel, NiP, Palladium und/oder Gold umfassen oder hierauf basieren oder hieraus bestehen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Dicke des Leiterrahmenteils (32), auf dem der Halbleiterchip (2) angebracht ist, zusammen mit der reflektierenden Beschichtung (6) zwischen einschließlich 0,3 mm und 2,0 mm beträgt, wobei ein mittlerer Durchmesser dieses Leiterrahmenteils (32) zwischen einschließlich 8 mm und 30 mm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Dicke des Leiterrahmenteils (31) oder der Leiterrahmenteile (31), die zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils (1) eingerichtet sind, zwischen einschließlich 80 µm und 200 µm beträgt, wobei dieses mindestens eine Leiterrahmenteil (31) aus einer Kupferlegierung gefertigt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, in Draufsicht gesehen, der Vergusskörper (5) den Halbleiterchip (2) ringsum vollständig umgibt und ein von dem Vergusskörper (5) umschlossenes Areal vollständig von dem Leiterrahmenteil (32), auf dem der Halbleiterchip (2) aufgebracht ist, ausgefüllt ist.