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Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das zu einer Wellenlängenkonversion eingerichtet und effizient herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Träger. Der Träger weist wenigstens einen Konversionsmittelkörper und einen Vergusskörper auf. Der Konversionsmittelkörper umfasst einen oder mehrere Leuchtstoffe. Der zumindest eine Leuchtstoff ist dazu eingerichtet, eine Primärstrahlung mindestens teilweise zu absorbieren und in eine langwelligere Sekundärstrahlung umzuwandeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Vergusskörper stellenweise formschlüssig an den Konversionsmittelkörper angeformt, insbesondere mittels eines Spritzens oder eines Pressens. Der Vergusskörper ist mit dem Konversionsmittelkörper mechanisch fest und dauerhaft verbunden. Das kann bedeuten, dass sich der Vergusskörper von dem Konversionsmittelkörper im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils nicht löst.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der Vergusskörper den Konversionsmittelkörper, in Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gesehen, stellenweise oder ringsum. Der Vergusskörper kann als eine Art umlaufender Rahmen für den Konversionsmittelkörper geformt sein. Insbesondere ist der Konversionsmittelkörper durch den Vergusskörper mechanisch stabilisiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind mittelbar oder unmittelbar an dem Träger elektrische Kontaktstrukturen angebracht. Mittelbar kann bedeuten, dass die Kontaktstrukturen zumindest stellenweise von dem Träger beabstandet sind, jedoch bevorzugt mechanisch fest mit dem Träger verbunden sind. Unmittelbar bedeutet beispielsweise, dass die Kontaktstrukturen den Träger wenigstens stellenweise berühren. Über die elektrischen Kontaktstrukturen ist das Halbleiterbauteil elektrisch anschließbar und durch die elektrischen Kontaktstrukturen sind Strompfade innerhalb des Halbleiterbauteils definiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind zu einer Strahlungserzeugung eingerichtet. Bevorzugt handelt es sich bei den Halbleiterchips um Leuchtdiodenchips. Beispielsweise emittieren die Halbleiterchips im Betrieb des Halbleiterbauteils sichtbares Licht, nahinfrarote Strahlung oder Strahlung aus dem nahen ultravioletten Spektralbereich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips an dem Träger angebracht. Bevorzugt sind die Halbleiterchips mit dem Konversionsmittelkörper unmittelbar mechanisch verbunden. Dies kann bedeuten, dass sich zwischen den Halbleiterchips und dem Konversionsmittelkörper insbesondere an elektrischen Kontaktstellen lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Lot oder ein Kleber befindet. Mit anderen Worten dient dann der Konversionsmittelkörper als Montageplattform für die Halbleiterchips und die Halbleiterchips sind auf dem Konversionsmittelkörper montiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Konversionsmittelkörper als Platte geformt. Dies kann bedeuten, dass der Konversionsmittelkörper zwei einander gegenüber liegende, im Rahmen der Herstellungstoleranzen im Mittel eben geformte Hauptseiten aufweist. Laterale Abmessungen des Konversionsmittelkörpers, in Draufsicht gesehen, übersteigen eine Dicke des Konversionsmittelkörpers insbesondere um mindestens einen Faktor 10 oder um mindestens einen Faktor 50 oder um mindestens einen Faktor 200. Dass die beiden Hauptseiten im Mittel eben geformt sind schließt nicht aus, dass in zumindest einer der Hauptseiten eine Aufrauung etwa zur Verbesserung einer Strahlungsauskopplung oder zur Verbesserung von Hafteigenschaften ausgebildet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Konversionsmittelkörper durchgehend über mehrere der Halbleiterchips oder über alle Halbleiterchips des Halbleiterbauteils. Insbesondere weist das Halbleiterbauteil genau einen Konversionsmittelkörper auf, auf dem alle Halbleiterchips angebracht sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der Konversionsmittelkörper die Halbleiterchips lateral. Das heißt, in Draufsicht gesehen, steht der Konversionsmittelkörper über zumindest einen Teil der Halbleiterchips oder über alle Halbleiterchips über.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Konversionsmittelkörper frei von Aussparungen für die elektrischen Kontaktstrukturen. Weiterhin wird der Konversionsmittelkörper bevorzugt nicht von den elektrischen Kontaktstrukturen durchdrungen. Es ist also möglich, dass der Konversionsmittelkörper als durchgehende Platte ohne Öffnungen und mit im Wesentlichen konstanter Dicke geformt ist. In Draufsicht gesehen befindet sich bevorzugt innerhalb einer Umfassungslinie des Konversionsmittelkörpers und zwischen den beiden Hauptseiten des Konversionsmittelkörpers dann keine der Kontaktstrukturen. Der Konversionsmittelkörper weist somit keine innere Struktur auf, die zu einer elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips und/oder des Halbleiterbauteils eingerichtet ist.
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In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Träger mit wenigstens einem Konversionsmittelkörper und mit zumindest einem Vergusskörper. Der Vergusskörper umgibt, in Draufsicht gesehen, den Konversionsmittelkörper wenigstens stellenweise. Elektrische Kontaktstrukturen sind an dem Träger angebracht. Ebenfalls ist eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips an dem Träger angebracht. Die Halbleiterchips sind zu einer Strahlungserzeugung eingerichtet. Der Konversionsmittelkörper ist als Platte geformt. Es erstreckt sich der Konversionsmittelkörper bevorzugt durchgehend über mehrere der Halbleiterchips und überragt bevorzugt die Halbleiterchips, in Draufsicht gesehen. Die Halbleiterchips sind mechanisch unmittelbar mit dem Konversionsmittelkörper verbunden. Der Konversionsmittelkörper ist frei von Aussparungen für die elektrischen Kontaktstrukturen und ist nicht von den elektrischen Kontaktstrukturen durchdrungen.
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Bei herkömmlichen Anordnungen mit mehreren Halbleiterchips werden diese auf einem Systemträger, etwa einer Metallkernplatine oder einer Leiterplatte, aufgebracht und auf diesem Systemträger elektrisch verdrahtet und/oder elektrisch verschaltet. Zur Erzeugung von weißem Licht mit Hilfe von Leuchtdiodenchips sind oft, insbesondere zu Zwecken der Allgemeinbeleuchtung, Konversionsstoffe eingesetzt. Hierzu werden auf die auf dem Systemträger montierten und elektrisch bereits verschalteten Leuchtdiodenchips beispielsweise einzelne Konversionsplättchen aufgebracht. Derartige Systemträger, insbesondere Metallkernplatinen, sind jedoch vergleichsweise kostenintensiv und ein passgenaues Aufsetzen von Konversionsplättchen auf die Halbleiterchips erhöht den Produktionsaufwand.
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Bei dem angegebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil dient der Konversionsmittelkörper selbst als Montageebene für die Halbleiterchips. Insbesondere kann der Träger mit dem einen oder den mehreren Konversionsmittelkörpern als Kunstwafer ausgebildet sein. Die Verdrahtung an oder auf dem Träger kann somit unabhängig von der Herstellungsgröße des Konversionsmittelkörpers in einem kostengünstigen Batch-Prozess erfolgen. Der Träger kann mit einem konventionellen Bestückungsprozess mit den Halbleiterchips bestückt werden.
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Bei einem solchen optoelektronischen Halbleiterbauteil kann auf eine Metallkernplatine verzichtet werden, wenn zur Herstellung einer Wärmesenke kostengünstigere, insbesondere planarisierende Galvanikprozesse Verwendung finden. Durch die Verwendung eines zusammenhängenden Konversionsmittelkörpers anstelle von einzelnen Konversionsplättchen reduziert sich ein Herstellungsaufwand. Es ist ein geringer thermischer Widerstand zwischen dem Konversionsmittelkörper und den Halbleiterchips erzielbar und somit eine verbesserte Kühlung. Weiterhin erfolgt eine zusätzliche mechanische Stabilisierung der Halbleiterchips durch den Konversionsmittelkörper. Mittels des durchgehenden Konversionsmittelkörpers ist auch eine homogene Leuchtfläche erreichbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt der Träger die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stützende Komponente dar. Es ist der Träger dann mechanisch selbsttragend. Ohne den Träger ist das Halbleiterbauteil dann mechanisch nicht stabil und/oder nicht selbsttragend.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen benachbarte Halbleiterchips einen Abstand oder mittleren Abstand von höchstens 400 µm oder von höchstens 300 µm oder von höchstens 200 µm oder von höchstens 150 µm zueinander auf. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei mindestens 20 µm oder bei mindestens 30 µm oder bei mindestens 50 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die elektrischen Kontaktstrukturen zumindest an einer, einer Strahlungshauptseite abgewandten Seite des Trägers als Leiterbahnen ausgebildet. Die Leiterbahnen sind zu einer Bestromung der einzelnen Halbleiterchips eingerichtet. Beispielsweise sind die Halbleiterchips mittels der Leiterbahnen elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet. Es ist möglich, dass mittels der Leiterbahnen Gruppen von Halbleiterchips oder einzelne Halbleiterchips elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Leiterbahnen in einer Ebene zwischen dem Träger und den Halbleiterchips. Insbesondere sind die Leiterbahnen dann an einer den Halbleiterchips zugewandten Seite des Trägers geformt. Die Leiterbahnen können zumindest stellenweise mit dem Vergusskörper und/oder dem Konversionsmittelkörper unmittelbar verbunden sein und den Konversionsmittelkörper und/oder den Vergusskörper zumindest stellenweise berühren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterchips elektrische Kontaktstellen auf. Die elektrischen Kontaktstellen sind beispielsweise durch Metallisierungen an den Halbleiterchips gebildet. Die elektrischen Kontaktstellen der Halbleiterchips können sich an einer Seite oder an beiden Seiten der Halbleiterchips befinden. Es können alle elektrischen Kontaktstellen der Halbleiterchips dem Träger zugewandt oder auch dem Träger abgewandt und von dem Träger, insbesondere dem Konversionsmittelkörper, beabstandet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Leiterbahnen zur Bestromung der einzelnen Halbleiterchips in einer Ebene an einer dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterchips. Mit anderen Worten befinden sich dann die Halbleiterchips zwischen der Ebene mit den Leiterbahnen und dem Träger.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zumindest stellenweise zwischen den elektrischen Kontaktstrukturen, insbesondere den Leiterbahnen, und dem Konversionsmittelkörper ein Spiegel. Bei dem Spiegel handelt es sich beispielsweise um einen metallischen Spiegel mit oder aus einer Silberschicht. Der Spiegel kann segmentiert sein und kann auf Bereiche mit den Leiterbahnen beschränkt sein, in Draufsicht gesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips innerhalb eines oder mehrerer Felder matrixartig angeordnet. Bevorzugt sind die Halbleiterchips innerhalb des Feldes dicht angeordnet. Dicht kann bedeuten, dass in diesem Feld die Halbleiterchips einen Flächenanteil, in Draufsicht gesehen, von mindestens 25 % oder von mindestens 50 % oder von mindestens 65 % ausmachen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Konversionsmittelkörper über das gesamte Feld. Pro Feld ist insbesondere genau ein Konversionsmittelkörper vorgesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist, in Draufsicht gesehen, der Vergusskörper in Bereichen neben dem Feld mit den Halbleiterchips eine abweichende Dicke auf, bezogen auf die Dicke des Konversionsmittelkörpers oder bezogen auf die Dicke des Vergusskörpers unmittelbar an dem Konversionsmittelkörper. Insbesondere ist die Dicke des Vergusskörpers in Bereichen neben dem Feld größer als an oder in dem Feld oder als die Dicke des Konversionsmittelkörpers.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Vergusskörper, in dem Bereich neben dem Feld mit den Halbleiterchips, zwei oder mehr als zwei elektrische Durchkontaktierungen auf. Die Durchkontaktierungen durchdringen den Vergusskörper bevorzugt vollständig. Es sind die Durchkontaktierungen mit den Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden. Weiterhin sind die Durchkontaktierungen bevorzugt mit elektrischen Kontaktstellen zur externen Kontaktierung des Halbleiterbauteils verbunden oder als solche Kontaktstellen ausgeformt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil dazu eingerichtet, an der den Halbleiterchips abgewandten Strahlungshauptseite des Trägers elektrisch angeschlossen zu werden. Eine thermische Kontaktierung des Halbleiterbauteils erfolgt insbesondere über eine der Strahlungshauptseite gegenüberliegenden Rückseite.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an einer dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterchips eine Wärmesenke angebracht. Beispielsweise ist die Wärmesenkung durch eine Galvanisierung gebildet. Die Rückseite des Halbleiterbauteils kann eine den Halbleiterchips abgewandte Seite der Wärmesenke sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Wärmesenke zusammenhängend und ununterbrochen über alle Halbleiterchips. Es ist möglich, dass die Wärmesenke formschlüssig an die Halbleiterchips angeformt ist und eine Kontur der Halbleiterchips oder eine Kontur einer Schutzschicht, die auf den Halbleiterchips angebracht ist, nachformt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Wärmesenke segmentiert. Einzelne Segmente der Wärmesenke sind bevorzugt jeweils einem oder mehreren der Halbleiterchips zugeordnet. Die Segmente können zu einer elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips eingerichtet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere der Konversionsmittelkörper. Die verschiedenen Konversionsmittelkörper, die voneinander verschiedene Materialzusammensetzungen aufweisen können, sind über den Vergusskörper mechanisch dauerhaft und fest miteinander verbunden. Jeder der Konversionsmittelkörper kann mehreren oder einem Feld der Halbleiterchips zugeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Konversionsmittelkörper durch eine Keramikplatte gebildet, in die einer oder in die mehrere Leuchtstoffe eingebracht sind. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Konversionsmittelkörper aus einem oder mehreren gesinterten Leuchtstoffen gebildet ist, dass es sich bei dem Konversionsmittelkörper um einen einkristallinen Konverter oder um einen silikongebundenen Konverter handelt oder dass der Konversionsmittelkörper aus Glas oder Saphir gebildet ist, in das zumindest ein Leuchtstoff eingebracht ist.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Mit dem Verfahren wird ein Halbleiterbauteil hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens die folgenden Schritte:
- A) Bereitstellen des zumindest einen Konversionsmittelkörpers,
- B) Umformen des Konversionsmittelkörpers mit dem Vergusskörper,
- C) Anbringen der einzelnen Halbleiterchips an dem Konversionsmittelkörper,
- D) Umformen der Halbleiterchips mit zumindest einer Füllung, und
- E) Formen der Wärmesenke an der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterchips durch Materialabscheidung, insbesondere durch Galvanisieren.
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Die einzelnen Verfahrensschritte werden hierbei bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Anbringens von elektrischen Kontaktstrukturen, insbesondere der Leiterbahnen, an dem Träger auf. Dieser Schritt erfolgt bevorzugt entweder zwischen den Schritten B) und C) oder zwischen den Schritten C) und D).
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Anbringens der einzelnen Halbleiterchips ein Anpressen der Halbleiterchips auf den Konversionsmittelkörper. Eine mechanische Verbindung zwischen den Halbleiterchips und dem Konversionsmittelkörper wird insbesondere durch eine Füllung, die als Verbindungsmittel dient, hergestellt. Bei der Füllung kann es sich um ein so genanntes Underfill handeln. Bei einem Underfill wird nach der Montage der Halbleiterchips ein Material des Underfills angebracht, das insbesondere mittels Kapillarwirkung Spalten zwischen dem Halbleiterchip und dem Träger ausfüllt. Ein Abstand zwischen den Halbleiterchips und dem Träger oder zwischen den Halbleiterchips und den Leiterbahnen beträgt bevorzugt höchstens 10 µm oder höchstens 5 µm oder höchstens 3 µm. Es ist möglich, dass sich die Füllung nicht auf einen Bereich zwischen den Halbleiterchips und dem Träger beschränkt, sondern sich auch teilweise lateral neben den Halbleiterchips ansammelt, in Draufsicht gesehen. Es kann genau eine Füllung, mehr als eine Füllung oder eine mehrkomponentige Füllung Verwendung finden. Die Füllung, insbesondere in Form eines Underfill, ist bevorzugt strahlungsdurchlässig.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren 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.
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Es zeigen:
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1 und 6 schematische Darstellungen von Herstellungsverfahren für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile in Schnittdarstellungen und Draufsichten, und
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2 bis 5 schematische Schnittdarstellungen und Draufsichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
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In den 1A bis 1F ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert.
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Gemäß 1A wird ein Konversionsmittelkörper 21 bereitgestellt. Der Konversionsmittelkörper 21 ist als Platte geformt und weist zwei ebene, parallel zueinander orientierte Hauptseiten auf. Eine Dicke des Konversionsmittelkörpers 21 ist konstant über die gesamte laterale Ausdehnung hinweg, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 15 % oder von höchstens 5 %, bezogen auf eine mittlere Dicke. Anders als dargestellt kann der Konversionsmittelkörper 21 Aufrauungen oder Strukturierungen an den Hauptseiten aufweisen.
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In 1B ist dargestellt, dass an den Konversionsmittelkörper 21 ein Vergusskörper 22 angeformt wird und so ein Träger 2 gebildet wird. Bei dem Träger 2 handelt es sich insbesondere um einen so genannten Kunstwafer. An einer Grenzfläche zwischen dem Konversionsmittelkörper 21 und dem Vergusskörper 22 können diese bündig miteinander abschließen und gleiche Dicken aufweisen. Anders als gezeichnet kann der Vergusskörper 22 auch Hauptseiten des Konversionsmittelkörpers 21 stellenweise bedecken und eine von dem Konversionsmittelkörper 21 abweichende Dicke haben.
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Im Verfahrensschritt gemäß 1C werden an einer der Hauptseiten des Trägers 2 elektrische Kontaktstrukturen 3 in Form von Leiterbahnen 33 angebracht. Bei den Leiterbahnen 33 handelt es sich beispielsweise um Metallisierungen. Bevorzugt bedecken die Leiterbahnen 33 nur einen kleinen Flächenanteil des Konversionsmittelkörpers 21, in Draufsicht betrachtet.
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Optional ist durch den Vergusskörper 22 hindurch zumindest eine Durchkontaktierung 35 geformt, durch die auch eine elektrische Kontaktstelle 34 zur externen Kontaktierung des Halbleiterbauteils ausgeformt sein kann. Eine Ausnehmung für die Durchkontaktierung 35 wird, anders als dargestellt, bevorzugt bereits im Verfahrensschritt gemäß 1B erstellt. Bei der Durchkontaktierung 35 kann es sich um ein Metallstück handeln, das beim Erstellen des Vergusskörpers 22 in diesen eingebettet wird.
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In 1D ist gezeigt, dass auf die Leiterbahnen 33 sowie auf den Konversionsmittelkörper 21 ein optoelektronischer Halbleiterchip 4 aufgebracht wird. Bei dem Halbleiterchip 4 handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip. Eine elektrische Kontaktierung zwischen den Leiterbahnen 33 und dem Halbleiterchip 4 wird über ein elektrisches Verbindungsmittel 31 hergestellt. Bei dem Verbindungsmittel 31 handelt es sich etwa um ein Lot oder um einen elektrisch leitfähigen Kleber. Zur Vereinfachung der Darstellung ist lediglich ein einziger Halbleiterchip 4 gezeichnet.
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Anders als dargestellt kann zusätzlich zu dem elektrischen Verbindungsmittel 31 ein weiteres Verbindungsmittel zu einer mechanischen Befestigung des Halbleiterchips 4 an dem Konversionsmittelkörper 21 Verwendung finden.
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Beim Verfahrensschritt, wie in 1E dargestellt, wird um den Halbleiterchip 4 herum und auf dem Träger 2 eine Füllung 7 angebracht, beispielsweise mittels Transfermolding. Die Füllung 7 kann, in Richtung weg von dem Träger 2, bündig mit dem Halbleiterchip 4 abschließen. Der Verfahrensschritt gemäß 1E ist hierbei optional. Anstelle der Füllung 7 kann auch eine Abdeckfolie, nicht gezeichnet, verwendet werden.
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Optional kann zwischen den Verfahrensschritten gemäß der 1D und 1E ein sogenanntes Underfill, nicht gezeichnet, angebracht werden. Das Underfill ist bevorzugt strahlungsdurchlässig und klarsichtig. Das Underfill kann ein Teil der Füllung 7 sein oder zusätzlich zu der Füllung 7 verwendet werden.
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Gemäß 1F wird auf dem Halbleiterchip 4, sowie auf der Füllung 7 eine Wärmesenke 5 aufgebracht, beispielsweise mittels Galvanisieren. Eine Rückseite 25 des Halbleiterbauteils 1 ist durch die Galvanisierung 5 gebildet. Optional befindet sich zwischen der Galvanisierung 5 und der strahlungsdurchlässigen Füllung 7 ein nicht dargestellter Spiegel. Die Galvanisierung 5 erstreckt sich durchgehend über alle Halbleiterchips 4, kann abweichend von der Darstellung aber auch segmentiert sein.
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Eine Abstrahlung von in dem Halbleiterbauteil 1 erzeugter Strahlung erfolgt an der dem Halbleiterchip 4 abgewandten Seite des Trägers 2. Diese Seite stellt eine Strahlungshauptseite 20 dar.
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In 1G ist eine Variante gezeigt, bei der der Vergusskörper 22 an einem Randbereich eine größere Dicke aufweist als nahe an dem Konversionsmittelkörper 21. Anders als dargestellt kann sich die Wärmesenke 5 in konstanter Dicke sowohl über den Vergusskörper 22 als auch über die Füllung 7 hinweg erstrecken. Die Rückseite 25 ist bevorzugt eben ausgeformt.
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Der Vergusskörper 22 ist beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, einem duroplastischen Kunststoff, einem Epoxid, einem Silikonharz, einem Silikon-Verbundwerkstoff oder einem Epoxid-Silikon-Hybridmaterial geformt. Der Vergusskörper 22 kann mit einer Faserverstärkung, mit Partikeln, Kügelchen und/oder Körnern versehen sein. Die Füllung 7, die insbesondere eine Pressmasse ist, kann Füllstoffe aufweisen und ist beispielsweise durch ein Epoxid, ein Silikon oder durch ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial gebildet. Füllstoffe der Füllung können eine schwarze Färbung oder eine weiße Färbung hervorrufen. Ebenso kann die Füllung 7 wenigstens bereichsweise strahlungsdurchlässig, insbesondere klarsichtig, sein.
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In 2 ist in einer schematischen Draufsicht, siehe 2A, in einer schematischen Unteransicht, siehe 2B, sowie in einer schematischen Schnittdarstellung, siehe 2C, ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 dargestellt.
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In einem Feld sind mehrere der Halbleiterchips 4 dicht angeordnet. Der Konversionsmittelkörper 21 erstreckt sich durchgehend über das gesamte Feld. An der Strahlungshauptseite 20 sind die elektrischen Kontaktstellen 34 angebracht. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Halbleiterchips 4 nur an einem Teil der Strahlungshauptseite über dem Konversionsmittelkörper 21 gezeichnet.
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Optional sind in dem Vergusskörper 22 Befestigungsvorrichtungen 8 in Form von Bohrungen gebildet. Über diese Befestigungsvorrichtungen 8 ist das Halbleiterbauteil 1 mechanisch an einem externen, nicht dargestellten Träger befestigbar.
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Bis auf einen schmalen, umlaufenden Rand ist die gesamte Rückseite 25 durch die Wärmesenke 5 gebildet, siehe 2B. Die Wärmesenke 5 ist beispielsweise aus Kupfer geformt.
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Abweichend von der Darstellung ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil 1 mehrere der Konversionsmittelkörper 21 umfasst und dass jeweils ein Feld von Halbleiterchips 4 auf einem der Konversionsmittelkörper angebracht ist. Die Halbleiterchips 4 können alle baugleich gestaltet sein. Alternativ hierzu ist es möglich, dass verschiedene Arten von Halbleiterchips 4 verwendet werden, beispielsweise Halbleiterchips mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen. Der Konversionsmittelkörper 21 kann optional weitere optische Eigenschaften aufweisen, insbesondere kann der Konversionsmittelkörper 21 als Streumittel dienen.
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Eine Hauptabstrahlrichtung einer in dem Halbleiterbauteil 1 erzeugten Strahlung R ist bevorzugt senkrecht zu der Hauptstrahlungshauptseite 20 orientiert.
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In den
3 und
4 sind Detailansichten der Bereiche A und B aus den
2A sowie
2C gezeigt. Der Halbleiterchip
4, wie in den
3 und
4 verwendet, ist beispielsweise aufgebaut, wie in der Druckschrift
US 2011/0260205 A1 angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug aufgenommen.
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Gemäß der 3 und 4 sind Metallisierungen 37 der Halbleiterchips 4 jeweils dem Träger 2 zugewandt. Die Leiterbahnen 33 befinden sich zwischen den Halbleiterchips 4 und dem Träger 2. Die Halbleiterchips 4 sind optional jeweils in die Füllung 7 eingebettet. Bevorzugt ist die Wärmesenke 5 jeweils unmittelbar auf die Halbleiterchips 4 angebracht, wobei die Wärmesenke 5 von den Leiterbahnen 33 elektrisch isoliert ist. Über die Füllung 7 ist, siehe insbesondere 3, ein mechanischer Kontakt zwischen dem Halbleiterchip 4 und dem Konversionsmittelkörper 21 herstellbar. Eine Schichtdicke der Füllung 7 zwischen dem Halbleiterchip 4 und dem Konversionsmittelkörper 21 ist bevorzugt möglichst dünn.
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In den 3A und 4A ist zur Vereinfachung der Darstellung die Wärmesenke 5 nicht und die Füllung 7 nicht oder nur zum Teil gezeigt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das elektrische Verbindungsmittel 31 beispielsweise durch ein Lot oder durch einen elektrisch leitfähigen Kleber gebildet. Bei dem Verbindungsmittel 31 kann es sich auch um so genannte Gold-Gold-Interconnects handeln. Es kann das Verbindungsmittel 31 auch ein selektiv aufgedruckter Leitkleber, insbesondere auf Silberbasis, sein. Bei der Füllung 7 handelt es sich bevorzugt um ein strahlungsdurchlässiges, bevorzugt klarsichtiges, sogenanntes Underfill.
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Gemäß 4 ist das Verbindungsmittel 31 ein anisotrop leitender Kleber, englisch Anisotropic Conductive Adhesive oder kurz ACA. Bevorzugt ist das Verbindungsmittel 31 als anisotrop leitende Folie, englisch Anisotropic Conductive Film oder kurz ACF gebildet. Im Falle von 4 erfolgt eine mechanische Befestigung des Halbleiterchips 4 an den Konversionsmittelkörper 21 mit Hilfe des elektrischen Verbindungsmittels 31.
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Gemäß 4 erstreckt sich das Verbindungsmittel 31 über alle Halbleiterchips 4 hinweg und befindet sich zwischen den Halbleiterchips 4 und dem Konversionsmittelkörper 21. Das Verbindungsmittel 31 ist strahlungsdurchlässig, bevorzugt klarsichtig.
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Die Leiterbahnen 33 sind bevorzugt jeweils aus Kupfer gebildet. Optional ist an einer dem Träger 2 abgewandten Seite der Leiterbahnen 33 jeweils eine Metallisierung 37 aufgebracht, ebenso wie an den Halbleiterchips 4. Die Metallisierung ist beispielsweise aus Titan, Platin und/oder Gold geformt.
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Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen befindet sich optional mindestens stellenweise zwischen den Leiterbahnen 33 und dem Konversionsmittelkörper 21 und/oder dem Vergusskörper 22 ein Spiegel 6. Bei dem Spiegel 6 handelt es sich beispielsweise um einen Silberspiegel. Ferner ist an einer dem Träger 2 zugewandten Seite des Silberspiegels 6 optional eine Schutzschicht 62 angebracht. Die Schutzschicht 62 ist zum Beispiel aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid geformt.
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Bei einem solchen Halbleiterbauteil 1 steht der Konversionsmittelkörper 21 in gutem thermischen Kontakt zu der Wärmesenke 5. Da die Halbleiterchips 4 auf dem Konversionsmittelkörper 21 befestigt sind, ist eine geringe Verbindungsmitteldicke zwischen den Halbleiterchips 4 und dem Konversionsmittelkörper 21 realisierbar. Hierdurch sind eine bessere Kühlung des Konversionsmittelkörpers 21 und eine höhere Effizienz des Halbleiterbauteils 1 realisierbar. Werden hingegen einzelne Konversionsmittelkörper, je einer für einen der Halbleiterchips 4, eingesetzt, so können unterschiedliche Verbindungsmitteldicken auftreten und einzelne Konversionsplättchen können relativ zueinander verkippt sein. Dies kann auch zu einer ungleichmäßigeren farblichen Abstrahlung führen.
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Eine Dicke der Wärmesenke 5, in Richtung senkrecht zu der Strahlungshauptseite 20, liegt beispielsweise bei mindestens 0,1 µm oder bei mindestens 5 µm oder bei mindestens 10 µm oder bei mindestens 20 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Wärmesenke 5 bei höchstens 500 µm oder bei höchstens 300 µm oder bei höchstens 150 µm.
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Eines der Felder der Halbleiterchips beinhaltet beispielsweise mindestens vier oder mindestens neun oder mindestens 16 oder mindestens 25 der Halbleiterchips. Entsprechend weist das Halbleiterbauteil 1 mindestens eine solche Anzahl von Halbleiterchips 4 auf. Die Halbleiterchips 4 sind innerhalb des Feldes bevorzugt regelmäßig und matrixartig angeordnet, wobei hiervon abweichende Anordnungen ebenso möglich sind.
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Die Halbleiterchips 4 weisen bevorzugt ein elektrisch isolierendes Substrat, nicht gezeichnet, auf. Eine Halbleiterschichtenfolge der Halbleiterchips 4, ebenfalls nicht gezeichnet, ist dem Träger 2 bevorzugt zugewandt. Weisen die Halbleiterchips 4 ein elektrisch leitfähiges Substrat auf, so befindet sich an einer der Wärmesenke 5 zugewandten Seite der Halbleiterchips 4 bevorzugt eine nicht gezeichnete elektrisch isolierende Schicht.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 ist in 5 dargestellt, siehe die Schnittdarstellung in 5A und die Detailansicht B in 5B. Die Draufsichten und Unteransichten sind analog zu den 2A und 2B.
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Die Leiterbahnen
33 befinden sich an einer dem Träger
2 abgewandten Seite der Halbleiterchips
4. Elektrische Kontaktstellen
37 der Halbleiterchips
4 sind dem Träger
2 ebenfalls abgewandt. Beispielsweise sind die Halbleiterchips
4 aufgebaut, wie in der Druckschrift
WO 2012/000725 A1 angegeben, der Offenbarungsgehalt durch Rückbezug mit aufgenommen wird.
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Die Füllung 7 erstreckt sich in einer dünnen Schicht zwischen dem Konversionsmittelkörper 21 und den Halbleiterchips 4 und kann sich auch an Flanken der Halbleiterchips 4 befinden. Bei der Füllung 7 handelt es sich beispielsweise um ein Silikon. Es ist möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass zwei Füllungen vorhanden sind, anders als dargestellt. Eine erste Füllung befindet sich dann zwischen den Halbleiterchips 4 und dem Träger 2 und eine zweite Füllung, aufgebracht beispielsweise über ein Transfermolden, befindet sich seitlich neben den Halbleiterchips 4. Die zweite Füllung kann Partikel aufweisen, so dass die zweite Füllung beispielsweise strahlungsabsorbierend oder reflektierend geformt ist. Ebenso kann die Füllung auch klarsichtig gestaltet sein.
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Zwischen der Wärmesenke 5 und den Leiterbahnen 33 befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht 63. Optional kann sich an einer dem Träger 2 zugewandten Seite der Leiterbahnen 33 oder an einer dem Träger 2 zugewandten Seite der Wärmesenke 5 ein Spiegel befinden, nicht gezeichnet.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 5 sind jeweils separate Leiterbahnen geformt. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Wärmesenke 5 zu den Leiterbahnen strukturiert ist und dass eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauteils 1 über die Rückseite 25 erfolgt. Leiterbahnen in der Wärmesenke 5 können durch ein organisches oder anorganisches Dielektrikum voneinander separiert sein. Diese Leiterbahnen können lateral nebeneinander oder auch übereinander angeordnet sein.
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In 6 ist ein Herstellungsverfahren für das Halbleiterbauteil 1 gezeigt, siehe die Schnittdarstellungen in den 6A und 6C sowie die schematischen Draufsichten in den 6B, 6D und 6E.
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Gemäß der 6A und 6B werden auf einer Formfolie 28, auf der sich ein Formrand 29 befindet, mehrere der Konversionsmittelkörper 21 und Metallkörper, sogenannte Posts, für die Durchkontaktierungen 35 aufgebracht. Die Konversionsmittelkörper 21 und die Durchkontaktierungen 35 werden anschließend, siehe die 6C und 6D, mit dem Vergusskörper 22 umformt, sodass die zusammenhängenden Träger 2 entstehen. Optional wird hierbei eine Schutzfolie 26, englisch protection tape, auf die Konversionsmittelkörper 21 aufgebracht.
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Anschließend werden die derart hergestellten Träger 2 von der Formfolie 28 entfernt, siehe 6E. Nachfolgend werden die Leiterbahnen 33 unmittelbar an dem Träger 2 angebracht und hierauf die Halbleiterchips 4. Der optionale Schritt des Einbettens der Halbleiterchip 4 in die Füllung ist in 6E nicht gezeichnet. Abweichend von 6E ist es auch möglich, dass die Leiterbahnen 33 mittelbar an dem Träger 2 nach dem Anbringen der Halbleiterchips 4 und nach dem optionalen Erzeugen der Füllung erstellt werden.
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Die einzelnen Träger 2 können anschließend entlang von Vereinzelungslinien 24 voneinander separiert werden, etwa mittels Sägen.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal, sowie jede Kombination von Merkmalen, insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0260205 A1 [0063]
- WO 2012/000725 A1 [0076]