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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß Patentansprüchen 1 und 5.
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Aus der
DE 10 2009 036 621 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements bekannt, bei dem optoelektronische Halbleiterchips an einer Oberseite eines Trägers angeordnet werden. Die optoelektronischen Halbleiterchips werden mit einem Formkörper umformt, der alle Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips bedeckt. Ober- und Unterseiten der optoelektronischen Halbleiterchips bleiben bevorzugt frei. Nach dem Entfernen des Trägers können die optoelektronischen Halbleiterchips vereinzelt werden. An den Ober- und/oder Unterseiten jedes Halbleiterchips können Kontaktstellen vorgesehen sein. Der Formkörper kann beispielsweise aus einem Epoxid-basierendem Moldmaterial bestehen.
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Die US 2006 / 0 097 291 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer aus einem Harz geformten Linse, in der ein LED-Chip aufgenommen ist.
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Die US 2005 / 0 156 184 A1 beschreibt ein LED-Bauelement mit einem Gehäusekörper mit einer lichtreflektierenden Beschichtung.
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Die US 2011 / 0 049 545 A1 beschreibt ein LED-Bauelement mit einem auf einem LED-Chip angeordneten Konverterelement. Der LED-Chip und das Konverterelement sind gemeinsam in ein reflektierendes Material eingebettet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils mit einer reflektierenden Oberfläche anzugeben. Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst Schritte zum Anordnen einer zweiten Oberfläche eines optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger, zum Eindrücken einer ersten Oberfläche des Halbleiterchips 10 µm bis 100 µm tief in eine erste Folie, zum Einspritzen einer Formmasse zwischen die erste Folie und den Träger, um den Halbleiterchip in einen aus der Formmasse gebildeten Formkörper mit einer an der ersten Folie gebildeten Oberseite einzubetten, und zum Anordnen einer reflektierenden Schicht auf der Oberseite des Formkörpers. Vorteilhafterweise weist das nach diesem Verfahren hergestellte optoelektronische Halbleiterbauteil eine reflektierende Oberseite auf, wodurch sich beispielsweise eine mit dem optoelektronischen Halbleiterbauteil erzielbare Lichtausbeute erhöhen kann. Dabei kann vorteilhafterweise ein herkömmliches, schwarzes, Epoxid-basiertes Moldmaterial als Formmasse verwendet werden. Solche Moldmaterialien sind kostengünstig erhältlich und weisen für die Durchführung des Verfahrens optimal angepasste thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Die fehlende Reflektivität der Formmasse wird dabei vorteilhafterweise durch das Anordnen der reflektierenden Schicht auf der Oberseite des Formkörpers kompensiert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch das Eindrücken der ersten Oberfläche des Halbleiterchips in die erste Folie auf selbstjustierende Weise ein Graben um den Halbleiterchip gebildet wird, was zur Ausbildung eines den Halbleiterchip umfassenden Rands des Formkörpers führt. Dadurch wird der Halbleiterchip stabil im Formkörper gehalten und ist dennoch gleichzeitig über die den Rand umgebenden Teile der Oberseite des Formkörpers erhaben. Dadurch verbleibt auf der Oberseite des Formkörpers Platz zur Anordnung der reflektierenden Schicht. Die beschriebene Selbstjustierung ermöglicht vorteilhafterweise eine einfache und kostengünstige Durchführung des Verfahrens. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren im Wesentlichen unter Verwendung herkömmlicher Werkzeuge durchgeführt werden kann.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens weist die erste Folie eine Dicke von mindestens 150 µm auf. Vorteilhafterweise hat sich erwiesen, dass die Verwendung einer ersten Folie dieser Mindestdicke ein ausreichend tiefes Eindrücken der ersten Oberfläche des Halbleiterchips in die erste Folie ermöglicht, wodurch sich auf selbstjustierende Weise ein ausreichend tiefer Graben um den Halbleiterchip ausbildet.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die reflektierende Schicht durch mit Titandioxid gefülltes Silikon gebildet, das auf der Oberseite des Formkörpers angeordnet wird. Vorteilhafterweise lässt sich das Anordnen des mit Titandioxid gefüllten Silikons einfach und kostengünstig durchführen.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird auf der ersten Oberfläche des Halbleiterchips eine Opferschicht angeordnet, bevor die erste Oberfläche in die erste Folie eingedrückt wird. Nach Herstellung des Formkörpers wird die reflektierende Schicht auf der Oberseite des Formkörpers und auf der Opferschicht abgeschieden. Anschließend werden die Opferschicht und die auf der Opferschicht abgeschiedene reflektierende Schicht entfernt. Vorteilhafterweise verbleibt die reflektierende Schicht dann lediglich auf der Oberseite des Formkörpers. In dieser Variante des Verfahrens kann die reflektierende Schicht beispielsweise aus einem Metall, etwa aus Silber, ausgebildet werden, wodurch sich vorteilhafterweise eine besonders hohe Reflektivität ergibt. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass zur Aufbringen der reflektierenden Schicht keine fotolithografischen Prozesse erforderlich sind. Die Opferschicht kann vorteilhafterweise bereits auf die erste Oberfläche des Halbleiterchips aufgebracht werden, bevor der sich im Waferverbund befindliche Halbleiterchip vereinzelt wird, wodurch das Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchzuführen ist.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst Schritte zum Anordnen einer ersten Oberfläche eines optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger, zum Umgießen des Halbleiterchips mit einem Werkstoff aus einer Matrix, in die streuende Partikel eingebettet sind, zum Anordnen einer ersten Folie an einer zweiten Oberfläche des Halbleiterchips, und zum Einspritzen einer Formmasse zwischen den Werkstoff und die erste Folie, um den Halbleiterchip in einen aus der Formmasse gebildeten Formkörper einzubetten. Vorteilhafterweise ermöglicht auch dieses Verfahren die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils mit reflektierender Oberfläche, wodurch sich beispielsweise eine Lichtausbeute des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöht. Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung der reflektierenden Oberfläche dabei auf selbstjustierende Weise, wodurch sich das Verfahren kostengünstig durchführen lässt. Insbesondere sind dabei keine fotolithografischen Prozessschritte erforderlich. Dadurch führen Ungenauigkeiten beim Anordnen des Halbleiterchips auf dem Träger vorteilhafterweise nicht zu Ungenauigkeiten beim Herstellen der reflektierenden Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauteils, wodurch sich vorteilhafterweise auch keine Bereiche mit reduzierter Reflektivität ergeben.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Seitenfläche des Halbleiterchips vor dem Umgießen des Halbleiterchips mit dem Werkstoff mit einem Trennmittel beschichtet. Vorteilhafterweise verhindert das auf der Seitenfläche des Halbleiterchips angeordnete Trennmittel ein übermäßiges Benetzen der Seitenfläche durch den Werkstoff, wodurch sich zwischen dem Werkstoff und dem Halbleiterchip ein großer Kontaktwinkel ausgebildet. An der Seitenfläche des Halbleiterchips verbleibt dadurch ausreichend Platz, um eine große Kontaktfläche zwischen dem aus der Formmasse gebildeten Formkörper und dem Halbleiterchip zu erzielen. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit hoher mechanischer Festigkeit.
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In Ausführungsformen der genannten Verfahren wird als erste Folie eine Folie aus Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) verwendet. Vorteilhafterweise weist die erste Folie dann eine Anti-Haft-Funktion auf.
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In einer Ausführungsform der beiden Verfahren wird die erste Oberfläche durch eine Oberfläche einer Epitaxie-Schicht des Halbleiterchips gebildet. Vorteilhafterweise kann die erste Oberfläche dann eine lichtemittierende Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips sein. Vorteilhafterweise wird die reflektierende Schicht dann in der Umgebung der lichtemittierenden Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet, wodurch die reflektierende Schicht durch das optoelektronische Halbleiterbauteil ausgesandtes und auf die Oberseite des optoelektronischen Halbleiterbauteil zurückreflektiertes Licht erneut zu reflektieren vermag, was den mit dem optoelektronischen Halbleiterbauteil maximal erzielbaren Lichtstrom erhöht.
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In einer Ausführungsform der Verfahren wird eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet. Vorteilhafterweise können dann mehrere Halbleiterbauteile gleichzeitig im Verbund hergestellt werden, wodurch sich die Herstellungskosten pro optoelektronischem Halbleiterbauteil stark reduzieren. Wegen des selbstjustierenden Charakters der Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils reduzieren Toleranzen bei der Anordnung der optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Träger vorteilhafterweise nicht die Genauigkeit der Ausrichtung der reflektierenden Schichten bezüglich der ersten Oberflächen der Halbleiterchips.
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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 im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils stark schematisierter Darstellung
- 1 einen Schnitt durch einen in einem Moldwerkzeug angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip;
- 2 ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Bearbeitungsstand;
- 3 das optoelektronische Halbleiterbauteil der ersten Ausführungsform in einem zweiten Bearbeitungsstand;
- 4 einen Schnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem ersten Bearbeitungsstand;
- 5 einen Schnitt durch das optoelektronische Halbleiterbauteil der zweiten Ausführungsform in einem zweiten Bearbeitungsstand;
- 6 einen Schnitt durch das optoelektronische Halbleiterbauteil der zweiten Ausführungsform in einem dritten Bearbeitungsstand;
- 7 einen Schnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 8 einen Schnitt durch das in einem Moldwerkzeug angeordnete optoelektronische Halbleiterbauteil der dritten Ausführungsform in einem weiteren Bearbeitungsstand;
- 9 einen Schnitt durch das fertige optoelektronische Halbleiterbauteil der dritten Ausführungsform;
- 10 einen Schnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß einer vierten Ausführungsform in einem ersten Bearbeitungsstand; und
- 11 einen weiteren Schnitt durch das optoelektronische Halbleiterbauteil der vierten Ausführungsform in einem weiteren Bearbeitungsstand.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Schnitt durch einen optoelektronischen Halbleiterchip 100, der in einem Moldwerkzeug 200 angeordnet ist. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 kann es sich beispielsweise um einen LED-Chip, der als Dünnfilmchip ausgebildet ist. In diesem Fall weist der optoelektronische Halbleiterchip 100 ein Substrat 110 und eine auf einer Oberfläche des Substrats 110 angeordnete, epitaktisch gewachsene, lichtemittierende Schicht 120 auf, die verkürzt als epitaktische Schicht 120 bezeichnet wird. Bei dem Substrat 110 handelt es sich bevorzugt um ein Substrat aus einem Halbleitermaterial. Die epitaktische Schicht 120 ist bevorzugt erst nach ihrer Herstellung auf dem Substrat 110 angeordnet worden. Die epitaktische Schicht 120 kann beispielsweise eine Dicke von 5 µm aufweisen.
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Eine vom Substrat 110 abgewandte Oberfläche der epitaktischen Schicht 120 bildet eine erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100. Eine von der epitaktischen Schicht 120 abgewandte Oberfläche des Substrats 110 bildet eine der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegende zweite Oberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100. In Ausführungsformen, in denen es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 um einen LED-Chip handelt, stellt die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 bevorzugt eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 100 dar, durch die in der epitaktischen Schicht 120 erzeugtes Licht austritt. Neben der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 weist der optoelektronische Halbleiterchip 100 insgesamt vier Seitenflächen 103 auf.
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Das Moldwerkzeug 200 weist einen unteren Werkzeugteil 210 und einen oberen Werkzeugteil 220 auf. Der untere Werkzeugteil 210 kann auch als Träger 210 bezeichnet werden. Das Moldwerkzeug 200 entspricht im Wesentlichen herkömmlichen Moldwerkzeugen zum folienunterstützten Spritzpressen (Foil Assisted Transfer Molding).
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An der dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 zugewandten Oberfläche des oberen Werkzeugteils 220 ist eine erste Folie 230 angeordnet. Die erste Folie 230 ist eine besonders weiche und dicke Folie. Die erste Folie 230 weist eine Foliendicke 231 von mindestens 150 µm auf. Bevorzugt weist die erste Folie 230 eine Foliendicke 231 von 200 µm auf. Die erste Folie 230 kann aber auch dicker sein. Bei der ersten Folie 230 kann es sich beispielsweise um eine Ethylen-Tetrafluorethylen-Folie (ETFE-Folie) handeln. Vorteilhafterweise weist die erste Folie 230 dann eine Teflon-ähnliche Anti-Haft-Funktion auf.
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Auf dem Träger 210 ist eine zweite Folie 240 angeordnet. Die zweite Folie 240 ist bevorzugt dünner und härter als die erste Folie 230. Die zweite Folie 240 kann beidseitig klebend ausgebildet sein. Dabei kann ein Kleber verwendet sein, der sich unter Wärmeeinwirkung lösen lässt. Beispielsweise kann die zweite Folie 240 eine Nitto-Denko-Revalpha-Folie sein.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 100 wurde zunächst mit seiner zweiten Oberfläche 102 auf der auf dem Träger 210 befindlichen zweiten Folie 240 angeordnet. Anschließend wurde der obere Werkzeugteil 220 des Moldwerkzeugs 200 derart über dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 geschlossen, dass die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in die am oberen Werkzeugteil 220 angeordnete erste Folie 230 eingedrückt wurde. Die dicke und weiche erste Folie 230 wurde dabei stark deformiert. Durch das Eindrücken der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in die erste Folie 230 und die sich daraus ergebende Deformation der ersten Folie 230 hat sich rund um die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ein Graben 255 zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 und der ersten Folie 230 gebildet. Der Graben 255 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 entlang der Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in Richtung der zweiten Oberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 und weist eine Grabentiefe 256 auf. Die Grabentiefe 256 kann je nach der Härte und der Foliendicke 231 der ersten Folie 230 zwischen 10 µm und 100 µm betragen. Die Grabentiefe 256 kann auch noch höher sein. Bevorzugt beträgt die Grabentiefe 256 zwischen 10 µm und 50 µm. Durch die Verformung der ersten Folie 230 weitet sich der Graben 255 mit zunehmender Entfernung von der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 zunehmend auf. Die erste Folie 230 kann allerdings auch so weich ausgebildet sein, dass der Graben 255 über seine gesamte Höhe sehr schmal ist, die erste Folie 230 also direkt an den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 anliegt.
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Bevorzugt weist das Moldwerkzeug 200 wesentlich größere laterale Abmessungen auf als der optoelektronische Halbleiterchip 100. Die lateralen Abmessungen des Trägers 210, des oberen Werkzeugteils 220, der ersten Folie 230 und der zweiten Folie 240 sind also wesentlich größer als die erste Oberfläche 101 und die zweite Oberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100. Dann können gleichzeitig mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 eine Vielzahl weiterer gleichartiger optoelektronischer Halbleiterchips 100 zwischen der ersten Folie 230 und der zweiten Folie 240 angeordnet werden. Die optoelektronischen Halbleiterchips 100 werden dabei bevorzugt voneinander beabstandet in einem regelmäßigen Muster oder Raster angeordnet. Vorteilhafterweise muss an die Ablagegenauigkeit der einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 100 dabei keine allzu hohe Anforderung gestellt werden. Zwischen den einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 100 verbleibt ein Füllraum 250 in der Umgebung der Seitenflächen 103 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100.
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Der den optoelektronischen Halbleiterchip 100 umgebende Füllraum 250 wird in einem nachfolgenden Arbeitsgang mit einer Formmasse gefüllt, beispielsweise durch Einspritzen (Molding) der Formmasse. Bei der Formmasse kann es sich um ein herkömmliches Epoxid-basiertes Moldmaterial handeln. Insbesondere kann ein herkömmliches schwarzes Moldmaterial verwendet werden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient zur Verwendung bei folienunterstütztem Spritzpressen optimiert ist. Die Formmasse füllt den Füllraum 250 inklusive des Grabens 255 vollständig aus und bildet einen die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 umschließenden Formkörper. Falls mehrere optoelektronische Halbleiterchips im Moldwerkzeug 200 angeordnet sind, so werden diese in einen gemeinsamen Formkörper eingebettet und können in einem späteren Prozessschritt voneinander getrennt werden.
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2 zeigt in schematisierter Darstellung einen Schnitt durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 nach dem Entfernen aus dem Moldwerkzeug 200. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist in einen aus der Formmasse gebildeten Formkörper 130 eingebettet. Der Formkörper 130 weist eine Oberseite 131 auf, die parallel zur ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 und in die gleiche Raumrichtung wie die erste Oberfläche 101 orientiert ist. Da die erste Oberfläche 101 im Moldwerkzeug 200 in die erste Folie 230 eingedrückt war, ist die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 um eine Randhöhe 136 gegenüber der Oberseite 131 des Formkörpers 130 erhaben. Die Randhöhe 136 entspricht dabei der Grabentiefe 256. Die Randhöhe 136 entspricht also der Tiefe, um die die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in die erste Folie 230 eingedrückt war. Beispielsweise kann die Randhöhe 136 zwischen 10 µm und 100 µm, bevorzugt zwischen 10 µm und 50 µm, betragen.
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In den an die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angrenzenden Bereichen der Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist ein Rand 135 des Formkörpers 130 ausgebildet, der sich fast oder vollständig bis zur ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 erstreckt. Der Rand 135 ist dort ausgebildet, wo sich beim Eindrücken der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in die erste Folie 230 der Graben 255 ausgebildet hatte. Somit sind die Seitenflächen 103 vollständig oder fast vollständig von dem Material des Formkörpers 130 bedeckt, wodurch sich eine mechanisch stabile Einbettung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in den Formkörper 130 ergibt. Bei Verwendung einer besonders weichen ersten Folie 230 kann der Graben 255 allerdings auch so schmal ausgebildet gewesen sein, dass sich kein oder fast kein Rand 135 bildet.
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3 zeigt in schematisierter Darstellung einen weiteren Schnitt durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt. Durch die nun abgeschlossene Bearbeitung ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 10 gemäß einer ersten Ausführungsform entstanden.
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Gegenüber dem in 2 gezeigten Bearbeitungsstand wurde zunächst eine Leuchtstoffschicht 140 auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet. Die Leuchtstoffschicht 140 kann beispielsweise Phosphor aufweisen und zur Wellenlängenkonversion einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 ausgesandten Strahlung dienen. Anstelle der Leuchtstoffschicht 140 hätte auch eine Glasplatte auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet werden können. Die Glasplatte könnte beispielsweise zur Lichtformung einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 ausgesandten Strahlung dienen. Die Leuchtstoffschicht 140 hätte aber auch ersatzlos entfallen können.
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Nach dem Aufsetzen der Leuchtstoffschicht 140 auf die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 wurde der oberhalb der Oberseite 131 des Formkörpers 130 und seitlich neben der Leuchtstoffschicht 140 angeordnete Raum mit einer reflektierenden Schicht 150 vergossen oder vermoldet. Die reflektierende Schicht 150 besteht bevorzugt aus einem mit Titandioxid gefüllten Silikon. Beispielsweise kann die reflektierende Schicht 150 aus Silikon mit niedriger Brechzahl mit einem 25-prozentigen bis 35-prozentigen Gewichtsanteil von Titandioxid bestehen. Die reflektierende Schicht kann jedoch auch aus Silikon bestehen, das mit einem anderen streuenden Material als Titandioxid gefüllt ist, beispielsweise mit Aluminiumoxid oder Zirkonoxid. Auch die Verwendung einer anderen Matrix als Silikon ist möglich. Beispielsweise kann ein Epoxid verwendet werden. Die Dicke der reflektierenden Schicht 150 entspricht der Summe aus der Randhöhe 136, um die die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 über die Oberseite 131 des Formkörpers 130 erhaben ist, und der Dicke der Leuchtstoffschicht 140. In einer vereinfachten Ausführungsform kann die Leuchtstoffschicht 140 entfallen. In diesem Fall entspricht die Dicke der reflektierenden Schicht 150 lediglich der Randhöhe 136.
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Falls mehrere optoelektronische Halbleiterchips 100 im Moldwerkzeug 200 angeordnet und in einen gemeinsamen Formkörper 130 eingebettet worden sind, so wurden die Zwischenräume oberhalb der Oberseite 131 des Formkörpers 130 und zwischen den auf den ersten Oberflächen 101 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordneten Leuchtstoffschichten 140 gleichzeitig mit der reflektierenden Schicht 150 verfüllt. Anschließend wurden die einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 100 mit jeweils einem sie umgebenden Teil des Formkörpers 130 und der reflektierenden Schicht 150 vereinzelt.
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In Ausführungsformen, in denen es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 um einen LED-Chip handelt, dessen erste Oberfläche 101 eine Strahlungsaustrittsfläche bildet, kann ein Teil der durch die erste Oberfläche 101 ausgetretenen Strahlung durch andere Komponenten in der Umgebung des optoelektronischen Halbleiterbauteils 10 zurück in Richtung des optoelektronischen Halbleiterbauteil 10 reflektiert werden. Vorteilhafterweise wird diese Strahlung bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 10 durch die reflektierende Schicht 150 erneut reflektiert und somit erneut durch das optoelektronische Halbleiterbauteil 10 abgestrahlt. Hierdurch wird vermieden, dass die zurückreflektierte Strahlung durch den schwarzen Formkörper 130 absorbiert wird und dadurch verloren geht. Vorteilhafterweise erhöht sich dadurch die Gesamtmenge der vom optoelektronischen Halbleiterbauteil 10 ausgehenden und genutzten Strahlung und somit auch die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauteils 10.
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Das beschriebene Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils 10 bietet den Vorteil, dass es sich ohne größere Anpassungen mit herkömmlichem Werkzeug durchführen lässt. Insbesondere kann das Moldwerkzeug 200 im Wesentlichen dem Stand der Technik entsprechen. Die beschriebenen Vorteile des Verfahrens ergeben sich im Wesentlichen aus der Verwendung der dicken und weichen ersten Folie 230 am oberen Werkzeugteil 220 des Moldwerkzeugs 200.
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4 zeigt in schematisierter Darstellung einen Schnitt durch ein noch unfertiges Halbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform, das nach einer Variante des beschriebenen Verfahrens hergestellt wird. Für gleiche und gleichwirkende Komponenten werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in 1 bis 3.
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4 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip 100, der demjenigen der 1 bis 3 entspricht. Zusätzlich ist bei dem optoelektronischem Halbleiterchip 300 der 4 auf der ersten Oberfläche 101 eine Opferschicht 160 angeordnet. Bevorzugt wurde die Opferschicht 160 unmittelbar nach der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 im Waferverbund vor dem Vereinzeln des optoelektronischen Halbleiterchips 100 aufgebracht. Bei der Opferschicht 160 kann es sich beispielsweise um einen für einen Lift-Off-Prozess geeigneten Fotolack handeln. Die Opferschicht 160 kann dann beispielsweise durch Aufschleudern auf die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 aufgebracht worden sein.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 100 mit der auf der ersten Oberfläche 101 angeordneten Opferschicht wurde anschließend, wie anhand der 1 und 2 erläutert, im Moldwerkzeug 200 angeordnet, wobei die erste Oberfläche 101 mit der darauf angeordneten Opferschicht 160 in die erste Folie 230 eingedrückt wurde. Dann wurde der optoelektronische Halbleiterchip 100, analog zur Darstellung der 2, in den Formkörper 130 eingebettet.
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5 zeigt einen Schnitt durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 der 4 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt. Auf der Opferschicht 160 und auf der Oberseite 131 des Formkörpers 130 wurde eine reflektierende Schicht 170 abgeschieden. Die reflektierende Schicht 170 besteht bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise aus Silber. Die reflektierende Schicht 170 kann beispielsweise durch Aufdampfen oder durch Kathodenzerstäubung (Sputtering) abgeschieden worden sein. Dabei hat sich auf der Oberseite 131 des Formkörpers 130 ein Teil 171 der reflektierenden Schicht 170 und auf der Opferschicht 160 ein weiterer Teil 172 der reflektierenden Schicht 170 angeordnet. Da die reflektierende Schicht 170 aus einem Metall mit hoher Reflektivität bestehen kann, kann die reflektierende Schicht 170 als sehr dünne Schicht ausgebildet sein.
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6 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform, das durch weitere Bearbeitung des optoelektronischen Halbleiterchip 100 der 5 entstanden ist. Dabei wurde die Opferschicht 160 und der auf der Opferschicht 160 abgeschiedene Teil 172 der reflektierenden Schicht 170 mittels einer Abhebetechnik abgelöst. Falls es sich bei der Opferschicht 160 um einen Fotolack gehandelt hat, kann die Opferschicht 160 beispielsweise durch einen Lift-Off-Prozess abgelöst worden sein. Das Ablösen der Opferschicht 160 wurde dadurch ermöglicht, dass die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 über die Oberseite 131 des Formkörpers 130 erhaben ist. Dadurch war die Opferschicht 160 von der Seite zugänglich und konnte beispielsweise durch ein Lösungsmittel angegriffen werden.
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Durch das Ablösen der Opferschicht 160 und des auf der Opferschicht 160 abgeschiedenen Teils 172 der reflektierenden Schicht 170 liegt die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 nun frei. Auf der Oberseite 131 des Formkörpers 130 verbleibt der Teil 171 der reflektierenden Schicht 170.
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Durch das beschriebene Verfahren ist die reflektierende Schicht 170 auf dem Formkörper 130 vorteilhafterweise ohne fotolithographische Technik angeordnet worden. Vorteilhafterweise ist die reflektierende Schicht 170 dadurch ohne großen Aufwand bei der Ausrichtung mit hoher Genauigkeit auf die Oberseite 131 des Formkörpers 130 beschränkt.
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7 zeigt einen Schnitt durch einen optoelektronischen Halbleiterchip 100 während der Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung nach einer weiteren Variante des beschriebenen Verfahrens. Wieder werden für gleiche und gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie in der vorhergehenden Beschreibung verwendet.
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Auf dem Träger 210 des Moldwerkzeugs 200 ist in dieser Variante eine zweite Folie 270 angeordnet. Bei der zweiten Folie 270 kann es sich beispielsweise um eine doppelseitig klebende Folie, etwa eine Nitto-Denko-Revalpha-Folie, handeln. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist derart auf der zweiten Folie 270 auf dem unteren Werkzeugteil 210 des Moldwerkzeugs 200 angeordnet, dass die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 der zweiten Folie 270 zugewandt ist. Wiederum sind bevorzugt mehrere optoelektronische Halbleiterchips 100 voneinander beabstandet in einem regelmäßigen Raster auf der zweiten Folie 270 angeordnet.
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Die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 sind mit einem Trennmittel 104 beschichtet. Bei dem Trennmittel 104 kann es sich beispielsweise um Teflon handeln. Das Trennmittel 104 kann beispielsweise vor dem Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips 100 auf der zweiten Folie 270 des Moldwerkzeuges 200 in einem Plasmaprozess auf den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 abgeschieden worden sein. Während dieses Plasmaprozesses waren die erste Oberfläche 101 und die zweite Oberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 bevorzugt abgedeckt oder anderweitig geschützt.
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Nach dem Aufsetzen des optoelektronischen Halbleiterchips 100 auf die zweite Folie 270 ist der Bereich um den optoelektronischen Halbleiterchip 100, beziehungsweise der Bereich zwischen den mehreren optoelektronischen Halbleiterchips 100, mit einem reflektierenden Material aufgefüllt worden, um eine reflektierende Schicht 180 mit einer Schichtdicke 181 zu bilden. Bei dem reflektierenden Material kann es sich beispielsweise um mit Titandioxid gefülltes Silikon handeln. Beispielsweise kann die reflektierende Schicht 180 aus Silikon mit niedriger Brechzahl mit einem 25-prozentigen bis 35-prozentigen Gewichtsanteil von Titandioxid bestehen. Wiederum können jedoch auch eine andere Matrix und andere streuende Partikel verwendet werden. Das Auffüllen kann beispielweise durch Gießen (Casting) erfolgt sein. Die Schichtdicke 181 kann beispielsweise zwischen 10 µm und 100 µm, bevorzugt zwischen 10 µm und 50 µm, betragen.
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Wegen des auf den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordneten Trennmittels 104 benetzt die reflektierende Schicht 180 die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 nicht stark. Am Übergang zwischen der reflektierenden Schicht 180 und den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 hat sich dadurch ein großer Kontaktwinkel 182 von mehr als 90° eingestellt. Dies hat zur Folge, dass umlaufend um den optoelektronischen Halbleiterchip 100 am Übergang zwischen den Seitenflächen 103 und der reflektierenden Schicht 180 ein Graben 183 in der reflektierenden Schicht 180 ausgebildet ist. Die reflektierende Schicht 180 weist also in unmittelbarer Nähe zur Seitenfläche 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 eine Dicke auf, die etwas geringer ist als die Schichtdicke 181 in den weiter von den Seitenflächen 103 entfernten Bereichen der reflektierenden Schicht 180.
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8 zeigt einen Schnitt durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 der 7 nach weiteren Bearbeitungsschritten. Dabei wurde zunächst der obere Werkzeugteil 220 des Moldwerkzeugs 200 über dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 geschlossen. Am oberen Werkzeugteil 220 ist eine erste Folie 260 angeordnet. Bei der ersten Folie 260 kann es sich beispielsweise um eine ETFE-Folie mit Anti-Haft-Funktion handeln. Die erste Folie 260 der 8 ist jedoch nicht so dick und weich ausgebildet wie die erste Folie 230 der 1. Folglich drückt sich die zweite Oberfläche 102 nicht oder kaum in die am oberen Werkzeugteil 220 angeordnete erste Folie 260 ein.
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Anschließend wurde der zwischen der reflektierenden Schicht 180 und der ersten Folie 260 in der Umgebung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 verbleibende Raum, beziehungsweise der zwischen der Mehrzahl der optoelektronischen Halbleiterchips 100 verbleibende Raum, durch Einspritzen eines Füllmaterials aufgefüllt, um einen Formkörper 190 zu bilden. Das Füllmaterial wurde dabei bevorzugt durch ein folienunterstütztes Spritzpressen eingespritzt. Bei dem Füllmaterial kann es sich wiederum um ein bekanntes schwarzes Epoxid-basiertes Moldmaterial handeln.
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Der entstandene Formkörper 190 weist eine Oberseite 191 auf, die an die reflektierende Schicht 180 angrenzt. Im Bereich des in der reflektierenden Schicht 180 ausgebildeten Grabens 183 weist der Formkörper 190 einen Rand 192 auf, wodurch der Formkörper 190 in den an die Seitenfläche 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angrenzenden Bereichen eine höhere Dicke aufweist, als in weiter von den Seitenflächen 103 entfernten Bereichen. Somit steht der Formkörper 190 mit großen Abschnitten der Seitenflächen 103 in Kontakt, wodurch sich eine mechanisch stabile Einbettung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in den Formkörper 190 ergibt.
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9 zeigt in schematisierter Darstellung einen Schnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 30 gemäß einer dritten Ausführungsform, das nach dem Entfernen des oberen Werkzeugteils 220 und des Trägers 210 des Moldwerkzeugs 200 erhältlich ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 30 ist in den Formkörper 190 eingebettet. Die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist koplanar zur Oberseite 191 des Formkörpers 190 angeordnet und in dieselbe Raumrichtung wie diese orientiert. Die erste Oberfläche 101 ist gegenüber der Oberseite 191 des Formkörpers 190 erhaben. Auf der Oberseite 191 des Formkörpers 190 ist die reflektierende Schicht 180 angeordnet.
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In einer Weiterbildung kann auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 30 eine Leuchtstoffschicht angeordnet sein. Diese Leuchtstoffschicht kann beispielsweise Phosphor aufweisen und zur Wellenlängenkonversion einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 ausgesandten Strahlung dienen. Anstelle der Leuchtstoffschicht kann auch eine Glasplatte auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet sein. Die Glasplatte könnte beispielsweise zur Lichtformung einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 ausgesandten Strahlung dienen. Bevorzugt wird die Leuchtstoffschicht oder die Glasplatte bereits auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet, bevor der optoelektronische Halbleiterchip 100 auf der zweiten Folie 270 auf dem Träger 210 des Moldwerkzeugs 200 angeordnet wird.
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10 zeigt einen Schnitt durch einen optoelektronischen Halbleiterchip 100 während einer Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Herstellung erfolgt dabei nach einer Variante des anhand der 7 bis 9 erläuterten Verfahrens. Gleiche und gleich wirkende Komponenten sind wiederum mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist in der Darstellung der 10 wiederum mit seiner ersten Oberfläche 101 auf der zweiten Folie 270 auf dem Träger 210 des Moldwerkzeugs 200 angeordnet. Im Unterschied zum anhand der 7 erläuterten Verfahren sind die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 diesmal jedoch nicht mit einem Trennmittel beschichtet. Wiederum ist der den optoelektronischen Halbleiterchip umgebende Bereich, beziehungsweise der Bereich zwischen der Mehrzahl der optoelektronischen Halbleiterchips 100, ausgehend von der zweiten Folie 270 mit einem reflektierenden Material der Schichtdicke 181 aufgefüllt worden, um eine reflektierende Schicht 185 zu bilden. Bei dem reflektierenden Material kann es sich wiederum bevorzugt mit Titandioxid gefülltes Silikon handeln. Beispielsweise kann wiederum Silikon mit einem 35-prozentigen Anteil an Titandioxid verwendet werden. Die Schichtdicke kann wiederum zwischen 10 µm und 100 µm, bevorzugt zwischen 10 µm und 50 µm, betragen. Wiederum können jedoch auch eine andere Matrix und andere streuende Partikel verwendet werden. Das Auffüllen kann wiederum bevorzugt durch Gießen (Casting) erfolgt sein.
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Da die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in der in 10 gezeigten Variante nicht mit einem Trennmittel beschichtet sind, hat das reflektierende Material die Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 stark benetzt und ist entlang der Seitenflächen 103 nach oben gekrochen. Dadurch hat sich am Übergang zwischen der reflektierenden Schicht 185 und den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ein kleiner Kontaktwinkel 186 von weniger als 90° ausgebildet. Die reflektierende Schicht 185 weist somit in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 eine Schichtdicke auf, die höher ist als die Schichtdicke 181 in den übrigen Bereichen der reflektierenden Schicht 185. An die Seitenflächen 103 angrenzend weist die reflektierende Schicht 185 einen Rand 187 auf.
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In einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt wird, analog zu 8, wiederum der obere Werkzeugteil 220 des Moldwerkzeugs 200 mit der daran angeordneten ersten Folie 260 über dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 geschlossen. Dann wird der zwischen der reflektierenden Schicht 185 und der ersten Folie 260 verbleibende Freiraum durch Einspritzen einer Formmasse aufgefüllt, um einen Formkörper 195 zu bilden.
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11 zeigt das entstehende fertige optoelektronische Halbleiterbauteil 40 gemäß einer vierten Ausführungsform nach dem Entfernen des Moldwerkzeugs 200. Der entstandene Formkörper 195 weist eine Oberseite 196 auf, die an die reflektierende Schicht 185 angrenzt. Angrenzend an den an der reflektierenden Schicht 185 ausgebildeten Rand 187 weist der Formkörper 195 einen Graben 197 auf. Dadurch steht der Formkörper 195 beim optoelektronischen Halbleiterbauteil 40 nur mit kleinen Teilen der Seitenflächen 103 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in Kontakt.
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Die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist beim optoelektronischen Halbleiterbauteil 40 über die Oberseite 196 des Formkörpers 195 erhaben. Im die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 umgebenden Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauteils 40 ist auf dem Formkörper 195 die reflektierende Schicht 185 angeordnet. Licht, das durch die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ausgesendet und in der Umgebung des optoelektronischen Halbleiterbauteils 40 reflektiert wird, wird durch die reflektierende Schicht 185 erneut in die Richtung reflektiert, in die die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 weist. Hierdurch kann die zum optoelektronischen Halbleiterbauteil 40 zurückreflektierte Strahlung nicht im Formkörper 195 absorbiert werden, selbst wenn dieser eine schwarze Farbe aufweist.
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In einer Variante des anhand der 10 und 11 erläuterten Verfahrens kann auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 auch eine Leuchtstoffschicht oder eine Glasplatte angeordnet werden. Bevorzugt wird die Leuchtstoffschicht oder die Glasplatte bereits auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet, bevor der optoelektronische Halbleiterchip 100 auf der zweiten Folie 270 auf dem Träger 210 des Moldwerkzeugs 200 angeordnet wird.