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JP2015530754A - オプトエレクトロニクス部品およびその製造方法 - Google Patents

オプトエレクトロニクス部品およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、オプトエレクトロニクス部品に関する。本部品は、キャリア(140)と、キャリア(140)の上に配置されている第1のオプトエレクトロニクス半導体チップ(101)と、第1の半導体チップ(101)の上に配置されており、第1の半導体チップ(101)によって放出された光放射を変換する役割を果たす第1の変換要素(110)と、キャリア(140)の上に配置されている第2のオプトエレクトロニクス半導体チップ(102)と、第2の半導体チップ(102)の上に配置されており、第2の半導体チップ(102)によって放出された光放射を変換する役割を果たす第2の変換要素(120)と、を備えている。さらに、本オプトエレクトロニクス部品は、キャリア(140)の上に配置されている絶縁材料(150)を備えており、この絶縁材料は、第1および第2の半導体チップ(101;102)と第1および第2の変換要素(110,120)とを囲んでいる。第1の変換要素(110)は、階段状に具体化されており、第1および第2のセクション(111;112)を有し、第1のセクション(111)が横方向に第2のセクション(112)よりも突き出している。さらに、本発明は、このような部品を製造する方法に関する。
【選択図】図4

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス部品と、そのような部品の製造方法とに関する。本オプトエレクトロニクス部品は、キャリアと、キャリアの上に配置されているオプトエレクトロニクス半導体チップと、半導体チップの上に配置されている変換要素とを備えている。さらに、キャリアの上に絶縁材料が配置されており、この絶縁材料は、半導体チップおよび変換要素を囲んでいる。
オプトエレクトロニクス部品は、さまざまな実施形態において公知である。SSL(固体照明)光エンジンとして知られているオプトエレクトロニクス部品は、キャリアまたは回路基板の上に配置されている複数のLED(発光ダイオード)チップを備えていることができ(チップオンボード)、照明用途に採用されている。半導体チップによって放出される光放射を変換するための薄層変換要素(蛍光体)を、半導体チップの上に配置することができる。
このような部品の製造においては、半導体チップおよび変換要素を配置した後、通常ではキャリアを白色絶縁材料によってポッティングする。ポッティングは、キャリアの上に位置している金属領域を覆う役割を果たす。このようにすることで、(例えば部品のレンズにおける反射に起因して)キャリアの方向に反射された光部分が金属領域において吸収される状況を避けることが可能である。
ポッティング時、絶縁材料を液体または粘性体の形でキャリアに塗布し、半導体チップの間の領域と半導体チップの周囲を絶縁材料によって満たす。この工程において、絶縁材料が変換要素の上にあふれて変換要素を覆わないようにする目的で、変換要素を、表側面の端部における適切に画成された縁部を有する形で形成する。絶縁材料を、表面張力によって表側縁部において止めることができる。
生成する光放射に応じて、半導体チップによって放出される光放射を異なる色または波長域を有する光放射に変換する複数の異なる変換要素を使用して、オプトエレクトロニクス部品を構築することができる。製造方法によっては、異なる変換要素が異なる厚さを有することがある。この結果として、キャリアの上に配置される半導体チップの場合、複数の異なる変換要素の表側面と、したがってそこに存在する縁部とが、キャリアに対して異なる高さに位置することがある。したがって、絶縁材料によるポッティング時、絶縁材料が変換要素の高い方の表側縁部に向かって上昇するが、低い方の縁部によって停止せず、結果として、低いレベルに位置する対応する変換要素の表面に流れ込むという問題が起こりうる。この問題の1つの結果として、部品の発光量が減少する。この問題は、特に、複数の半導体チップが比較的近くに配置されている場合に起こり得る。
本発明の目的は、オプトエレクトロニクス部品を改善するための解決策を開示することである。
この目的は、独立特許請求項の特徴によって達成される。本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項に開示されている。
本発明の一態様によると、オプトエレクトロニクス部品が提供される。本オプトエレクトロニクス部品は、キャリアと、キャリアの上に配置されている第1のオプトエレクトロニクス半導体チップと、第1の半導体チップの上に配置されており、第1の半導体チップによって放出される光放射を変換する役割を果たす第1の変換要素と、キャリアの上に配置されている第2のオプトエレクトロニクス半導体チップと、第2の半導体チップの上に配置されており、第2の半導体チップによって放出される光放射を変換する役割を果たす第2の変換要素と、を備えている。さらに、本オプトエレクトロニクス部品は、キャリアの上に配置されている絶縁材料を備えており、この絶縁材料は、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、第1の変換要素および第2の変換要素(の一部)とを囲んでいる。第1の変換要素は、階段状に具体化されており、第1のセクションおよび第2のセクションを有する。第1のセクションは、横方向に第2のセクションよりも突き出している。
第1の変換要素は、第1のセクションが第1の半導体チップに対向して位置するように、第1の半導体チップの上に配置することができる。第1のセクションが横方向に第2のセクションよりも突き出している階段状の構造により、第1の変換要素は、互いに対してオフセットした状態で存在する2つの縁部または縁部構造を端部において横方向に有することができる。これらは、第2のセクションの端部または表側面端部に存在する縁部と、第1のセクションの表側面端部に存在する、より低いレベルに位置するさらなる縁部である。本部品の製造において、第1の変換要素のこの追加の縁部は、ポッティングによって液体または粘性体の形でキャリアに塗布される絶縁材料を止めることができ、その結果として、第2の変換要素が覆われることを防止することができる。特に、第2のセクションの側面に絶縁材料が存在しないようにすることができる。第2の変換要素は、階段形状を持たず、したがって表側の端部に存在する1つのみの縁部または縁部構造を有する形で具体化することができる。
第1の変換要素の階段形状によって、部品の構造として、第1の変換要素の表側面とキャリアとの間の距離が、第2の変換要素の表側面とキャリアとの間の距離よりも大きい構造が可能となる。これに関連して、第1の変換要素の追加の縁部を、第2の変換要素の表側面縁部と同じかまたは実質的に同じ高さに位置させることができる。このようにすることで、絶縁材料による充填を、第1の半導体チップの領域と第2の半導体チップの領域の両方において同じかまたは実質的に同じ高さにおいて停止させることができる。停止は、第1の半導体チップの領域における第1の変換要素の追加の縁部においてと、第2の半導体チップの領域における第2の変換要素の表側縁部において、実施することができる。したがって、第2の変換要素の表側面が覆われないように、キャリアに塗布される絶縁材料が、半導体チップと、変換要素の一部とを囲むことができる。さらに、第1の変換要素の第2のセクションは、断面視において絶縁材料から完全に突き出していることができる。
オプトエレクトロニクス半導体チップは、特に、発光ダイオードチップまたはLEDチップとすることができる。さらに、第1の半導体チップと第2の半導体チップは、ほぼ同じかまったく同一の構造を有することができる。これに関連して、「第1の」半導体チップおよび「第2の」半導体チップという表現は、対応する第1の変換要素および第2の変換要素への割り当てに関連する。しかしながら、第1の半導体チップと第2の半導体チップが異なって構築され、互いに異なる形状や構造を有することも可能である。
オプトエレクトロニクス部品は、特に、複数の第1の半導体チップと、それらの上に配置されている第1の階段状の変換要素、および/または、複数の第2の半導体チップと、これら第2の半導体チップの上に配置されている、階段形状を持たない第2の変換要素、を有する形で、具体化することができる。この場合、第1の変換要素に存在する追加の停止縁部は、絶縁材料のポッティングにおいて、上述した方法において、第2の変換要素の表側面が絶縁材料によって覆われることを防止することができる。したがって、キャリアの上に半導体チップを比較的小さい間隔で、例えば数十マイクロメートルのオーダー、例えば50マイクロメートルの間隔で、配置することが可能である。上述したように、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップは、同じかまたは対応する構造を有することができ、同じスペクトル領域における光放射を放出するように設計することができる。第1の変換要素と第2の変換要素は、半導体チップによって放出される光放射を異なる波長域における光放射に変換する目的で、異なる変換材料から形成することができる。
以下に説明する構造は、本部品のこのような「複数の」実施形態にも同様に適用することができる。
さらなる実施形態においては、第1の変換要素と第2の変換要素が、異なる厚さを有する。厚さが異なるのは、例えば、異なる変換材料から変換要素を製造することに起因し得る。異なる厚さにもかかわらず、第1の変換要素の階段状の構造によって、上述した方法において、第2の変換要素が覆われることを高い信頼性で防止することが可能である。したがって、変換要素は互いに独立して具体化し、事前定義された光学特性に関して最適化することができる。
第1の変換要素の階段形状の有利な効果は、変換要素の厚さが異なるとき以外にも得ることができる。一例として(これに加えて、またはこれに代えて)、第1の半導体チップと第2の半導体チップが異なる厚さを有することができる。この場合、第1の変換要素の追加の縁部により、第2の変換要素が絶縁材料によって覆われることを同様に防止することができる。
さらなる実施形態においては、第1の変換要素の第1のセクションが、第1の変換要素の周囲全体にわたり第2のセクションよりも横方向に突き出している。結果として、第1の変換要素は、周囲全体にわたり延在する縁部または縁部構造を有することができ、複数の縁部セクションを備えており、絶縁材料を止めるのに適している。結果として、第2の変換要素の表側面が絶縁材料によって覆われることを高い信頼性で防止することができる。
さらなる実施形態においては、絶縁材料は、白色のシリコーンである。これは、例えば酸化チタンから構成される適切な粒子または散乱粒子で満たされたシリコーンである。半導体チップの間の領域、および半導体チップの周囲の領域、およびしたがってこれらの領域に位置するキャリアの金属領域を、白色シリコーンによって覆うことができ、その結果として、反射性光部分の吸収を回避することができる。代わりに、この光部分を白色シリコーンにおいて逆方向に反射することができる。シリコーンを使用することにより、キャリアの高い信頼性でのポッティングが可能になる。
適切な場合、白色シリコーンの代わりに、他の何らかの反射性絶縁材料または反射性ポッティング材料を採用することができる。1つの可能な例は、同じように適切な粒子で満たすことのできるエポキシ材料である。
絶縁材料は、さらに、半導体チップとの接触を形成するためのコンタクト構造の支持体としての役割を果たすことができる。これに関連して、さらなる実施形態によると、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップのそれぞれが、少なくとも1つの表側コンタクトを有する。本部品においては、表側コンタクトを絶縁材料によって覆うことができる。さらに、本部品は、絶縁材料の上に配置されており少なくとも1つの表側コンタクトまで延在しているコンタクト構造を備えている。この場合、コンタクト構造は部分的に絶縁材料に埋め込むことができる。
このようなコンタクト構造を利用することで、例えば、本部品に存在することのできる複数の表側コンタクトを、キャリアの接触領域に接続することができる。この場合、関連するコンタクト構造は、絶縁材料の中を表側コンタクトまで延在しているのみならず、さらに接触領域まで延在している。さらに、2つの半導体チップまたは第1および第2の半導体チップの表側コンタクトを、コンタクト構造を利用して互いに電気的に接続することも可能である。
表側コンタクトが1つのみ存在する場合、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップそれぞれが、裏側コンタクトをさらに有することができる。半導体チップあたり2つの表側コンタクトを有する構造も可能である。コンタクトを介して半導体チップに電流を印加することができ、その結果として、半導体チップが光放射を放出する。表側コンタクトに関して、表側コンタクトに合わせて調整されている第1の変換要素および第2の変換要素それぞれは、少なくとも1つの対応する横方向切取り部を有することができる。
本オプトエレクトロニクス部品は、例えば白色光源とすることができる。これに関連して、さらなる実施形態によると、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップは、青色スペクトル領域における光放射を生成するように設計されている。2つの変換要素のうちの一方(第1の変換要素または第2の変換要素)は、半導体チップによって生成される青色の光放射の一部を緑色スペクトル領域における光放射に変換するように設計されている。青色の光放射と緑色の光放射とが重なり合うことで青緑色の光放射を生成することができる。2つの変換要素のうちの他方(第2の変換要素または第1の変換要素)は、半導体チップによって生成される青色の光放射を赤色スペクトル領域における光放射に変換するように設計されている。青緑色の光放射と赤色の光放射とを重ね合わせて白色または暖白色の光放射を形成することができる。
白色光源は、特に、青緑色を有する光放射と赤色を有する光放射を生成するための、半導体チップおよび変換要素を備えた複数の発光ユニットを有する形で、具体化することができる。このようにすることで、関連する部品は、暖白色範囲における色温度を有し、かつ高い演色評価数(CRI)を有する光放射を生成することができる。この目的のため、複数の異なる発光ユニットを比較的近くに、かつキャリア上に適切に分布するように配置することができる。
本オプトエレクトロニクス部品においては、光放射が変換されない(少なくとも1つの)半導体チップを備えた構造をさらに考慮することができる。これに関連して、さらなる実施形態によると、オプトエレクトロニクス部品は、キャリアの上に配置されているさらなる半導体チップと、さらなる半導体チップの上に配置されている放射透過性要素とを備えている。放射透過性要素は、絶縁材料のポッティング時にこの領域が覆われることを防止するためのスペーサとしての役割を果たす。この目的のため、放射透過性要素は、例えば第2の変換要素と同じ厚さを有することができる。さらなる半導体チップは、第1および第2の半導体チップとほぼ同じかまったく同一の構造を有することができる。しかしながら、半導体チップの形状や構造が異なる構造形態も可能である。
さらなる実施形態においては、第1の変換要素および第2の変換要素がセラミック変換要素である。このようにすることで、オプトエレクトロニクス部品の動作時における効率的な熱放散を可能にすることができる。さらなる可能な利点として、光の散乱(の大部分)を回避することができる。
本発明のさらなる態様によると、オプトエレクトロニクス部品を製造する方法を提案する。上述した実施形態の1つによる部品を製造することができる。本方法は、キャリアの上に第1のオプトエレクトロニクス半導体チップおよび第2のオプトエレクトロニクス半導体チップを配置するステップと、第1の半導体チップによって放出される光放射を変換するための第1の変換要素を第1の半導体チップの上に配置するステップと、第2の半導体チップによって放出される光放射を変換するための第2の変換要素を第2の半導体チップの上に配置するステップと、を含む。さらに、キャリアに絶縁材料を塗布するステップであって、絶縁材料が第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、第1の変換要素および第2の変換要素とを囲むように塗布する、ステップ、を含む。第1の半導体チップの上に配置される第1の変換要素は、階段状に具体化され、第1のセクションおよび第2のセクションを有する。第1のセクションは、横方向に第2のセクションよりも突き出している。
第1のセクションが横方向に第2のセクションよりも突き出している階段状の構造のため、第1の変換要素は、第2のセクションの端部に位置する表側縁部とともに、第1のセクションの表側面の端部において、前者の縁部とは異なる高さに、またはより低いレベルに存在する追加の縁部を有することができる。キャリアへの塗布において実行されるポッティング時、この追加の縁部において絶縁材料を止めることができる。結果として、キャリアからの変換要素の表側面の高さまたは距離が異なるとき、第2の変換要素の表側面が覆われることを防止することが可能である。
キャリアに絶縁材料を塗布する実際の工程は、上述したように、液体(粘性体)の形でポッティングまたは充填によって実行することができる。この工程の後に、絶縁材料を乾燥または硬化させることができる。この工程は、対応する温度、例えば150℃において実行することができる。
第1の変換要素は、出発要素から、2段階の構造化法を実行することによって作製することができる。第1の段階において、出発要素に第2のセクションの構造を形成することができる。次の第2の段階において、第1のセクションの構造を形成し、第1の変換要素全体を個片化することが可能である。個々の構造化工程は、例えばソーイング工程やレーザ工程を含むことができる。
さらなる実施形態においては、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップそれぞれは、少なくとも1つの表側コンタクトを有する。この場合、表側コンタクトは、キャリアに塗布される絶縁材料によって覆われる。表側コンタクトとの接触を可能にする目的で、表側コンタクトまで延びる切取り部が絶縁材料に形成される。切取り部を形成した後、コンタクト構造を形成する目的で、絶縁材料に金属材料を塗布し、金属材料によって切取り部を満たす。
オプトエレクトロニクス部品に関連して上に開示した実施形態および態様は、製造方法についても同様にあてはまる。
上に説明されている、もしくは、従属請求項に記載されている、またはその両方である本発明の有利な実施形態および発展形態は、個別に採用することができる、または、例えば明確な依存関係が存在する、あるいは両立しない代替形態である場合を除き、互いに任意の組合せとして採用することができる。
本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、以下に概略的な図面を参照しながらさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明らかとなり、さらに明確に理解されるであろう。
オプトエレクトロニクス半導体チップと、半導体チップの上に配置されている、階段形状を有する変換要素および階段形状を有さない変換要素と、を備えたオプトエレクトロニクス部品を製造する方法を、いずれも概略的な側面図として示している。 オプトエレクトロニクス半導体チップと、半導体チップの上に配置されている、階段形状を有する変換要素および階段形状を有さない変換要素と、を備えたオプトエレクトロニクス部品を製造する方法を、いずれも概略的な側面図として示している。 オプトエレクトロニクス半導体チップと、半導体チップの上に配置されている、階段形状を有する変換要素および階段形状を有さない変換要素と、を備えたオプトエレクトロニクス部品を製造する方法を、いずれも概略的な側面図として示している。 オプトエレクトロニクス半導体チップと、半導体チップの上に配置されている、階段形状を有する変換要素および階段形状を有さない変換要素と、を備えたオプトエレクトロニクス部品を製造する方法を、いずれも概略的な側面図として示している。 オプトエレクトロニクス部品を製造する方法に対応する流れ図を示している。 階段状の変換要素を作製する方法を、いずれも概略的な斜視図として示している。 階段状の変換要素を作製する方法を、いずれも概略的な斜視図として示している。 階段状の変換要素を作製する方法を、いずれも概略的な斜視図として示している。 異なる厚さを有する半導体チップを備えたオプトエレクトロニクス部品の概略的な側面図を示している。 半導体チップの表側コンタクトと裏側コンタクトとが電気的に接続されているオプトエレクトロニクス部品の概略的な側面図を示している。 表側コンタクト、裏側コンタクト、およびめっきスルーホールを有するオプトエレクトロニクス半導体チップの概略的な側面図を示している。 半導体チップのそれぞれの表側コンタクトとそれぞれの裏面コンタクトとが交互に電気的に接続されているオプトエレクトロニクス部品の概略的な側面図を示している。 表側コンタクトおよび裏側コンタクトを有するオプトエレクトロニクス半導体チップの概略的な側面図を示している。 2つの表側コンタクトを有する半導体チップを備えたオプトエレクトロニクス部品の概略的な側面図を示しており、半導体チップの表側コンタクトが電気的に接続されている。 2つの表側コンタクトおよびめっきスルーホールを有するオプトエレクトロニクス半導体チップの概略的な側面図を示している。 オプトエレクトロニクス部品の半導体チップおよび変換要素を備えた配置構造の概略的な平面図を示している。 階段状の変換要素が上に配置されているオプトエレクトロニクス半導体チップの概略的な平面図を示している。 変換要素が上に配置されている半導体チップと、放射透過性要素が上に配置されているさらなる半導体チップとを備えているオプトエレクトロニクス部品の概略的な側面図を示している。
オプトエレクトロニクス部品の実施形態と、対応する製造方法の実施形態について、概略的な図に基づいて説明する。なお、図は正しい縮尺ではなく、図面に示されている要素部分および構造は、良好に理解できるようにする目的で、大きさを誇張して、または大きさを縮小して示してある。説明されている部品は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップと、それらの上に配置されており、半導体チップによって放出される光放射を変換する役割を果たす変換要素と、を備えている。照明用途に使用することのできる本部品(これらの部品をチップモジュール、SSL光エンジン、マルチチップ光エンジンと称することができる)は、絶縁材料のポッティング時に変換要素の表側面が覆われることを防止するように設計されている。本部品は、動作時に高い演色評価数を有する白色、特に、暖白色の光放射を放出する白色光源の形で実施することができる。
製造においては、半導体技術から公知の工程とオプトエレクトロニクス部品の製造から公知の工程を実行することができ、慣習的な材料を使用することができるため、これらの工程および材料については限定的な説明にとどめた。さらには、図示および説明した工程以外に、適切な場合、本部品を完成させるためのさらなる方法ステップを実行することが可能である。同様に、説明した本部品は、図示および説明した構造以外に、さらなる構造、構造要素、層などを備えていることができる。
第1のオプトエレクトロニクス部品201の製造について、図1〜図4を参照しながら説明する。本方法において実行される方法ステップは、図5に流れ図として補足的に要約してあり、以下の説明では図5も参照する。
本方法において、ステップ301(図5を参照)では、最初に、図1に示したように部品201の構成部分を形成する。これらの構成部分は、オプトエレクトロニクス半導体チップ101,102、半導体チップ101,102の上に配置される変換要素110,120、およびキャリア140である。図1と、以降の図2〜図4には、2つの半導体チップ101,102と、対応する変換要素110,120のみを示してある。正しい割当て関係および区別を可能にする目的で、以下では、これらの要素部分を、第1の半導体チップ101および第2の半導体チップ102と、第1の変換要素110および第2の変換要素120とも称する。
オプトエレクトロニクス部品201を、複数の第1の半導体チップ101および第1の変換要素110、および/または、複数の第2の半導体チップ102および第2の変換要素120を有する形で、実施することが可能である(この点において、図16に示した実施形態を参照)。これに関連して、図1〜図4は、製造する部品201の部分的な抜粋にのみ関する。したがって、図示した2つの半導体チップ101,102および変換要素110,120を参照しながらの以下の説明は、「複数の」構造にも同様にあてはまる。
オプトエレクトロニクス半導体チップ101,102は、特に、発光ダイオードチップまたはLEDチップとすることができる。半導体チップ101,102は、動作時に電流が印加されると、光放射を放出するように設計されている。白色光源としての部品201の構造に関連して、半導体チップ101,102は、青色波長域における光放射を放出するように設計することができる。この目的のため、半導体チップ101,102は、例えば、III−V族化合物半導体材料系(例えばInGaN系またはGaN系)の半導体積層体を備えていることができる。半導体チップ101,102は、同じ構造または類似する構造を有することが可能であり、図1に示したように、同じ高さまたは厚さを有することが可能である。
電流を印加するため、図1に示した半導体チップ101,102には、表側と、表側とは反対の裏側の両方において接触することができる。表側の領域においては、半導体チップ101,102それぞれは、金属コンタクト105を有する。表側コンタクト105(接触領域の形で存在することができる)は、半導体チップ101,102の端部(または角部(図16を参照))に配置されている。さらには、半導体チップ101,102によって生成された光放射は、表側面(光出口面)を介して放出される。裏側においては、半導体チップ101,102は裏側金属コンタクト(図1には示していない)を有する。
半導体チップ101,102に割り当てられている変換要素110,120は、半導体チップ101,102によって放出される光放射を変換するために使用される。変換要素110,120は、半導体チップ101,102によってその(それぞれの)表側面を介して放出される一次光放射を、異なる波長域における二次光放射に変換するように設計されている。この場合、異なる変換要素110,120の二次放射のスペクトル領域は、互いに異なる。
白色光源としての部品201の構造に関して、第1の半導体チップ101の青色の一次放射の一部分を、第1の変換要素110によって、緑色波長域における二次放射に変換する(部分変換)。青色の光放射と緑色の光放射とを重ね合わせて青緑色の光放射を生成することができる。第2の半導体チップ102に関しては、第2の変換要素120が、青色の一次放射の実質的に全体を、赤色波長域における二次光放射に変換する(完全変換)。青緑色の光放射と赤色の光放射を重ね合わせることで(特に、半導体チップ101および変換要素110を備えた複数の発光ユニットと、半導体チップ102および変換要素120を備えた複数の発光ユニットとが存在するとき)、白色または暖白色の光放射を形成することができる。逆の構造、すなわち、第1の変換要素110が赤色の光放射を生成するように設計されており、第2の変換要素120が緑色の光放射を生成するように設計されている構造も、可能である。
半導体チップ101,102の一次放射を異なる二次放射に変換する変換要素110,120は、異なる材料から作製される。製造法によって異なるが、特に、それぞれの変換要素110,120を最適に製造するとき、材料が異なることにより、変換要素110,120の厚さが異なりうる。図1に示したように、第1の変換要素110は、第2の変換要素120よりも大きい厚さを有する。変換要素110,120の厚さは、例えば、数十マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲内とすることができる。
異なる厚さにもかかわらず、より薄い第2の変換要素120が、後の方法段階において塗布される絶縁材料150によって覆われることを防止する目的で、より厚い第1の変換要素110は、断面視において階段状に具体化される。図1に示したように、第1の変換要素110は、第1のセクション111と、第1のセクション111と比較して小さい横方向寸法を有する第2のセクション112とを有する。このようにすることで、第1のセクション111(第1の変換要素110はこの第1のセクション111によって第1の半導体チップ101に結合されている)は、横方向に第2のセクション112よりも突き出している。絶縁材料を塗布する後の工程において、第2のセクションの側面に絶縁材料が存在しないままである。
このようにすることで、第1の変換要素110は、第2のセクション112の表側面の端部に存在する縁部構造116と、ずれた状態または第2のセクション112よりも低いレベルにおいて、第1のセクション111の表側面の端部に存在する縁部構造115とを有する。第2のまたは上側セクション112よりも横方向に突き出している第1のまたは下側セクション111を有する第1の変換要素110の階段状の構造が、第1の変換要素110の周囲全体にわたり存在する。結果として、2つの縁部構造115,116それぞれが、階段状の変換要素110の周囲全体にわたり延在している。
上から見たとき、2つの縁部構造115,116は、互いに隣接する複数の縁部セクションから構成することができる(図17に示した、縁部構造115,116あたり4つの直線状のセクションと1つの曲線状のセクションを有する実施形態を参照)。この場合、縁部構造116は、縁部構造115に対して横方向、内側にオフセットしている。図1を参照すると、第1の変換要素110それぞれは、2つの縁部構造115,116の領域において直角の断面形状を有することが明らかである。
これとは異なり、第2の半導体チップ102の上に使用されている第2の変換要素120は、(断面視において)階段形状を有さない。したがって、第2の変換要素は、表側面における端部において、周囲にわたり延在する1つのみの縁部構造125を有し、この縁部構造125は、上から見たとき、同様に、互いに隣接する複数の縁部セクションから構成することができる(図16を参照)。図1に示したように、縁部構造125の領域には、同様に、直角の断面形状が存在する。以下では、第1の変換要素110および第2の変換要素120の縁部構造115,116,125を、省略した形で単に「縁部」とも称する。
変換要素110,120は、例えばセラミック変換要素とすることができる。このようにすることで、オプトエレクトロニクス部品201の動作時における効率的な熱放散という利点を可能にすることができる。さらなる利点として、光の散乱が起こらない、または比較的わずかな散乱が起こるのみである。セラミックの形で存在する変換要素110,120の作製は、最初は粉末形状で存在する変換材料を焼結するステップを含むことができる。
青色の光放射を緑色の光放射に変換する場合、セリウムでドープされたガーネット、例えばYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)またはLuAG(ルテチウムアルミニウムガーネット)を、変換材料として使用することができる。イットリウムとルテチウムの特定の混合比のLuYAGも可能である。オプションとして、ガリウムまたはガドリニウムを混合することが可能であり、アルミニウムをマグネシウムで置き換えることもできる。さらには、セリウムの代わりに、ユーロピウムでドープすることもできる。考慮されるさらなる材料としては、いずれもユーロピウムでドープされたSrSiONやBaSiONが挙げられる。
青色の光放射を赤色の光放射に変換する場合、例えば、ユーロピウムでドープされたCaAlSiNを使用することができる。さらには、例えば、ユーロピウムでドープされた(EA)2Si5N8が可能であり、この場合、EAは、例えばSr、Ba、Ca、またはこれらの混合物などのアルカリ土類金属を意味する。
緑色に変換する場合、セラミック変換要素の厚さまたは層厚さは、例えば30〜600μmの範囲内とすることができる。赤色に変換する場合、厚さは、例えば30〜300μmの範囲内とすることができる。
あるいは、変換要素110,120の別の実施形態を考慮することもできる。一例として、変換要素110,120をシリコーンから形成することが可能であり、この場合、シリコーンが変換材料の粒子によって満たされている。粒子は、例えば上に記載した変換材料から形成することができる。粒子で満たされたシリコーンから形成される変換要素は、例えば、20〜300マイクロメートルの範囲内、例えば30〜80マイクロメートルの範囲内の厚さを有することができる。
半導体チップ101,102を担持する目的で設けられるキャリア140は、半導体チップ101,102のための接続構造または接触構造(図示していない)を有する形で具体化することができる。一例として、キャリア140は、半導体チップ101,102の裏側コンタクトに合わせて調整された金属接合コンタクト(metallic mating contact)を備えていることができる。さらに、キャリア140は、例えばセラミックキャリアの形で具体化することができる。あるいは、何らかの別の構造も考慮することができる。一例として、キャリア140は金属ヒートシンク(図示していない)を有することができ、ヒートシンクと、対応する接続構造または接触構造の一部が、プラスチック材料によって囲まれている(プレモールドキャリア)。
構成部分を形成した(ステップ301)後、さらなるステップ302において、図1に示した配置構造に従って、製造する部品201の個々の構成部分を組み立てる。この場合、キャリア140の上に半導体チップ101,102を配置し、半導体チップ101,102の上に変換要素110,120を配置する。この場合、キャリア140の上にチップ101,102を配置する工程を最初に行った後に、チップ101,102の上に変換要素110,120を配置する工程を行うことが可能である。
キャリア140の上に半導体チップ101,102を配置するステップは、例えば、はんだを使用するはんだ付けによって実施することができる。このようにすることで、半導体チップ101,102の裏側コンタクトと、キャリア140の接合コンタクトとを電気的かつ機械的に接続することができる。
図1に示したように、半導体チップ101,102は、キャリア140の上に互いに距離310を隔てて配置される。距離310は、比較的小さくすることができ、例えば50マイクロメートルとすることができる。部品201の「複数の」構造の場合、すべての半導体チップ101,102の間に、対応する方法で同じ距離310を存在させることができ、これらの半導体チップを適切な分布状態でキャリア140の上に配置することができる(図16の実施形態を参照)。
さらに、半導体チップ101,102は、後の方法段階において実施されるチップ101,102の電気接触法に合わせた対応する向きで、キャリア140の上に配置することができる。図1に示した2つの半導体チップ101,102の場合、表側コンタクト105が互いに電気的に接続される。この目的のため、図1に示したように、半導体チップ101,102は、コンタクト105を有するチップ領域またはチップ面に関して向かい合うことができる。しかしながら、別のチップの向きも可能である。
図1に示したように、透明な接着剤151を使用して、変換要素110,120を半導体チップ101,102に結合する。接着剤151としては、一例として、シリコーン接着剤を使用することが適切である。変換要素110,120は、表側コンタクト105が露出するように、半導体チップ101,102の上に、またはチップの表側面に配置する。これに関連して、変換要素110,120は、半導体チップ101,102に合わせて調整された形を有し、端部に切取り部が存在する。変換要素110,120は、特に、上から見たとき、実質的に長方形または正方形の基本形状を有することができ、角部に切取り部を有する(図16を参照)。階段状の第1の変換要素110に関して、その2つのセクション111,112は、類似する輪郭を有し(すなわちそのような切取り部を有する)、したがって、上述した階段形状を第1の変換要素110の周囲全体にわたり存在させることができる(図17を参照)。
キャリア140に貼り付けられる半導体チップ101,102と、これら半導体チップの上に配置される変換要素110,120は、図1において点線を利用して示したように、第1の変換要素110の追加の縁部115が、キャリア140に対して、第2の変換要素120の表側面縁部125と同じ高さまたは実質的に同じ高さであるように、互いに調整される。適切な場合、許容誤差に応じて、例えば数マイクロメートルのオーダー(例えば10マイクロメートル)における小さな高さオフセットが存在してもよい。
一致する縁部高さは、次の方法ステップ303(図5を参照)で利用する。このステップ303では、図2に示したように、キャリア140に白色絶縁材料150を塗布し、この絶縁材料は、半導体チップ101,102と、変換要素110,120の一部とを囲む。絶縁材料150は、半導体チップ101,102の間の領域と、半導体チップ101,102の周囲の領域を満たすために使用され、この結果として、これらの領域に位置しうるキャリア140の金属構造または金属領域を覆うことができる。このようにすることで、(例えば部品201のレンズにおける反射に起因して)キャリア140の方向に反射された光部分が金属領域において吸収される状況を避けることが可能である。この光部分は、白色絶縁材料150において逆方向に反射することができる。
白色絶縁材料150(液体または粘性体の形でキャリア140に塗布した後、例えば150℃の温度で硬化または乾燥させる)は、特に、白色シリコーンとすることができる。この場合、例えば酸化チタンまたはアルミニウム酸化物から構成される適切な粒子によってシリコーンを満たす。
液体(粘性体)の絶縁材料150によってキャリア140をポッティングする工程は、図2に示したように、絶縁材料150が半導体チップ101,102(またはその表側面)より上のレベルまで満たされ、したがって表側コンタクト105が絶縁材料150によって覆われるように、行う。これは、後の方法段階において形成される半導体チップ101,102との電気接触部(絶縁材料150の上と、一部が絶縁材料150に埋め込まれた形式において形成される)に関して選択される。
第1の変換要素110が階段形状であるため、絶縁材料150によって満たす工程は、半導体チップ101,102両方の領域において絶縁材料150の厚さが同じである、または実質的に同じであるように、行うことができる。第1の変換要素の縁部115と第2の変換要素120の縁部125とが同じかまたは実質的に同じレベルに位置しているため、絶縁材料150を両方の縁部115,125に向かって上昇させ、絶縁材料150の表面張力のために縁部115,125において止めることが可能である。このようにすることで、キャリア140をポッティングする工程時に、絶縁材料150が第2の変換要素120の上に流れ込んで、その表側面を覆うことを防止することが可能である。満たされた絶縁材料150(半導体チップ101,102と変換要素110,120の周囲を囲んでいる)は、図2に示したように、湾曲した表面(メニスカスとも称する)を有することができる。階段形状によって得ることのできる「対称的な」ポッティングは、複数の発光ユニット101,110および102,120を有する部品201の製造時にも同様に得られる。
これに対して、このような階段形状が設けられていない別の変換要素を使用すると、変換要素の表側面(したがって表側縁部)が異なるレベルにあり、低いレベルに位置する表側面が覆われる。この場合、使用する絶縁材料が、より高いレベルに位置する表側面(または表側縁部)まで上昇すると、関連するチップの間の絶縁材料に非対称的な表面曲率が形成され、したがって、より低い表側面の上に絶縁材料が流れ込む。結果として、表側面が部分的または完全に絶縁材料によって覆われうる。これにより、部品の発光量が減少する。
第1の変換要素110の追加の停止縁部115において絶縁材料150を高い信頼性で止めることができるようにする目的で、第2のセクション112に対する第1のセクション111の横方向の突き出し部は、断面視において適切な横方向深さ311を有する(図1を参照)。深さ311は、例えば10マイクロメートル以上の範囲とすることができる。
白色絶縁材料150は、表面を覆う機能以外に、半導体チップ101,102に電気的に接触するための構造160を担持する、または埋め込む目的でさらに使用される。このような構造160の作製は、さらなるステップ304(図5を参照)において行い、構造160は、図示した2つの半導体チップ101,102の表側コンタクト105を個々のコンタクト構造160が接続する部品201の場合について示してある。このステップでは、いわゆるCPHF(Compact Planar High Flux)メタライゼーションを行うことができる。
ステップ304では、最初に、図3に示したように、硬化した絶縁材料150に切取り部155を形成し、この切取り部は、チップ101,102の表側コンタクト105まで延びている、または表側コンタクト105の一部を露出させる。この目的のため、例えばレーザを使用することができ、これにより絶縁材料150を比較的正確に除去することができる。切取り部を形成した後、絶縁材料150と、表側コンタクト105の露出した領域とに、金属材料を塗布して切取り部155を満たし、したがって図4に示したように、表側コンタクト105を接続するコンタクト構造160が形成される。
メタライゼーションは、例えば、電気めっき法を行うステップを含んでいることができる。この場合、絶縁材料150の上の大きな領域と、表側コンタクト105の露出した部分領域と、変換要素110,120の上にシード層を形成し、次いで、作製するコンタクト構造160の(横方向)形状を定義する目的で、例えばフォトレジストによってシード層をマスキングし、次いで、電気化学的に金属を堆積させることができる。この場合、堆積は、シード層のうちマスクされていない領域のみにおいて行われる。その後、マスクを除去し、コンタクト構造160の外側のシード層をエッチングによって除去することができる。シード層および堆積させる金属の材料としては、例えば銅を考慮することができる。
複数の半導体チップ101,102の場合、ステップ304において、半導体チップ101,102の表側コンタクト105に接触するための複数のコンタクト構造160を、上述した方法に従って一緒に作製することができる。この場合、このようなコンタクト構造160の横方向の形状は、半導体チップ101,102のそれぞれの向きに依存したものとすることができる。チップ領域が向かい合っており表側コンタクト105を有する図4の部品201の場合、図示したコンタクト構造160は、例えば平面視において直線形状を有することができる。この変形形態においては、別の形状、例えば、平面視においてチップの周囲に(部分的に)延在する構造なども可能である。
さらには、コンタクト構造160によって、2つの第1の半導体チップ101の表側コンタクト、または2つの第2の半導体チップ102の表側コンタクトを、電気的に接続することもできる。さらには、半導体チップ101,102の表側コンタクト105をキャリア140のコンタクトに接続するコンタクト構造160を形成することが可能である(図10を参照)。この場合、メタライゼーション工程の前に、キャリア140のコンタクトまで延びる切取り部を絶縁材料150に形成する。
コンタクト構造160を形成した後、図4におけるオプトエレクトロニクス部品201を完成させるためのさらなる工程(図示していない)を行うことが可能である。このようなステップは、図5の流れ図におけるさらなるステップ305において組み合わされる。このようなステップとしては、例えば、部品201をポッティングする(さらなる)工程、レンズを配置する工程、複数の異なる光放射(青緑色と赤色)を混合するための混合要素を配置または形成する工程などが挙げられる。
ステップ301において実行される、階段状の変換要素110を設ける工程は、2段階の構造化法に基づいて実施することができる。以下では、この方法について図6〜図8を参照しながらさらに詳しく説明し、図6〜図8は、抜粋部分の斜視図として製造法を示している。この場合、最初に、図6に示したように、板状の出発要素170を設ける。出発要素170は、作製する変換要素110と同じ材料(セラミック、または粒子で満たされたシリコーン)から形成されている。特に、出発要素170から複数の変換要素110を作製することができる。
図7に抜粋図として示したように、第1の構造化ステップにおいて、出発要素170に凹部構造171を形成する。凹部構造171は、変換要素110の第2のセクション112(およびしたがって表側縁部116)の輪郭を事前定義する役割を果たし、この目的のため、第2のセクション112に合わせて調整された形状、または第2のセクション112の周囲に延在する形状を有する(図示していない)。出発要素170から複数の変換要素110を作製する場合、凹部構造171は複数の第2のセクション112の周囲に延在する連続的な構造として存在し、したがって、図7において点線を利用して示したように、複数の第2のセクション112を互いに分離する。
出発要素170がセラミックである場合、凹部構造171は、例えばソーイング工程によって形成することができる。この場合、出発要素170を、比較的厚いソーブレードを使用してスクライブすることができる。粒子で満たされたシリコーンから構成されている出発要素170の場合、代わりにレーザを採用することができる。
第1の構造化ステップの後、第2の構造化ステップを実行し、このステップでは、図8に抜粋図として示したように、出発要素170の最終的な切断を行うことにより、個片化された複数の変換要素110を作製することができる。さらに、このステップでは、1つまたは複数の変換要素110の第1のセクション111の輪郭(およびしたがって周囲に延在する停止縁部115の輪郭)を画成する。セラミックの出発要素170の場合、前と同様にソーイング工程を実行することが可能であり、ただしこの工程では比較的薄いソーブレードを使用する。粒子で満たされたシリコーンから構成される出発要素170の場合には、レーザを利用して切断を実施することができる。
以下では、さらなる図面を参照しながら、さらなるオプトエレクトロニクス部品の実施形態について説明する。これらの実施形態は、上述した方法に基づいて具体化され、同様に階段状の変換要素110と、階段形状を持たない変換要素120とを有する。なお、同じかまたは対応する要素部分および特徴、利点、製造ステップなどに関する、すでに説明した細部に関しては、上の説明を参照する。さらには、以下の実施形態の1つに関して記載されている特徴および態様は、以下に説明されている別の実施形態にも適用することが可能である、または図4の部品201に適用することができる。
階段状の変換要素110の有利な効果は、異なる厚さを有する変換要素110,120の存在時に利用できるだけではない。説明を目的として、図9は、さらなるオプトエレクトロニクス部品202の抜粋図を示しており、このオプトエレクトロニクス部品202においては、変換要素110,120のみならず、使用されているオプトエレクトロニクス半導体チップ101,102も、異なる厚さを有する。この原因は、使用されている半導体チップ101,102の構造が異なることである。第1の変換要素110の形状は、追加の縁部115が、第2の変換要素120の表側縁部125と同じかまたは実質的に同じレベルに位置するように、第2の変換要素120に合わせて調整されている。結果として、絶縁材料150を満たす工程時に、第2の変換要素120の表側面が覆われることを防止することができる。
この利点は、個々の半導体チップ101,102のみが異なる厚さを有し、対応する変換要素110,120(この場合にも一方が階段形状を有し、他方が階段形状を有さずに具体化されている)が同じ厚さを有する実施形態(図示していない)においても、同様に得ることができる。
複数またはすべての半導体チップ101,102が直列接続の形で互いに電気的に接続されているように、オプトエレクトロニクス部品を構築することができる。以下では、この点において可能な実施形態についてさらに詳しく説明する。
図10は、直列に接続されたオプトエレクトロニクス半導体チップ101,102と、これらの半導体チップ101,102の上に配置されており、一方が階段形状を有する変換要素110,120と、を備えたさらなるオプトエレクトロニクス部品203の抜粋図を示している。半導体チップ101,102それぞれは、表側金属コンタクト105および裏側金属コンタクト106を有する。さらに、(図示した少なくとも2つの)半導体チップ101,102は、コンタクト105を有するチップ領域に関して同じ向きに配置することができる。部品203の対応するキャリア140は、裏側コンタクト106に対する金属接触領域141の形における接合コンタクトを有するように具体化されている。キャリア140の上に半導体チップ101,102が配置されている場合、裏側コンタクト106と接触領域141との間の接続は、例えばはんだによって形成することができる。
さらに図10に示したように、部品203は、コンタクト構造160をさらに備えており、このコンタクト構造160は、絶縁材料150の上に配置されており、一部が絶縁材料150に埋め込まれており、図示されている第1の半導体チップ101の表側コンタクト105を、図示されている第2の半導体チップ102が上に配置されているキャリア140の接触領域141に接続している。さらなる半導体チップ101,102(図示していない)についても、一部が図10に示されているさらなるコンタクト構造160から理解できるように、同様の電気接続を形成することができる。
電気的接続のため、キャリア140の接触領域141は、半導体チップ101,102よりも大きい横方向寸法で形成されている。結果として、図10に示したように、接触領域141の部分領域(半導体チップ101,102よりも横方向に突き出している領域)が、コンタクト構造160との接続を形成する目的に利用可能であるように、半導体チップ101,102を接触領域141の上に配置することができる。コンタクト構造160を形成する工程においては、メタライゼーション工程の前に、接触領域141のこの部分領域まで延びる切取り部を絶縁材料150に形成する。
さらに、図10には、半導体チップ101,102の間に存在する距離310を示してある。キャリア140の接触領域141にコンタクト構造160を介して接触する結果として、チップの距離310はいくらか大きくなることがあり、例えば250マイクロメートル以上である。
図10に示した電気的直列接続は、第1の半導体チップ101と第2の半導体チップ102の間に交互に存在できるだけではない。階段状の変換要素110を有する複数の第1の半導体チップ101と、階段形状を持たない変換要素120を有する複数の第2の半導体チップ102を、図示した方法で接続することも可能である。
図11は、半導体チップ400またはLEDチップ400の1つの可能な実施形態の概略的な側面図を示しており、特に、図10に示した部品203の半導体チップ101,102の場合に考慮することができる。図11における半導体チップ400は、第1の半導体層401と、第2の半導体層402と、これらの間に存在する、放射を生成するための活性ゾーン403とを備えた積層体を有する半導体ボディを有する。2つの半導体層401,402は、異なる導電型またはドーピングを有する。半導体ボディは、導電性の電流拡散層404の上に配置されており、電流拡散層404の上には、表側金属コンタクト105が半導体ボディの横方向に配置されている。電流拡散層404は、均一な電流の流れを可能にする。半導体ボディまたは半導体層401の上の表側面に、変換要素(図示していない)を接着剤によって接合することができる。
さらに、半導体チップ400は、スルーコンタクト407を有する。スルーコンタクト407のために、電流拡散層404、半導体層402、活性ゾーン403を垂直方向に貫いて半導体層401の中まで達している切取り部が形成されており、この切取り部は、その内面において絶縁層405によって満たされており、この絶縁層405によって囲まれている導電層406によって満たされている。導電層406は、半導体層401との接触を形成する。スルーコンタクト407の外側には、電流拡散層404、絶縁層405、および導電層406が、積層体の形で互いに上下に配置されている。さらに、導電層406は、導電性のキャリア基板408の上に配置されており、キャリア基板408の裏面には裏側金属コンタクト406が配置されている。導電層406とキャリア基板408との間の結合は、結合層(図示していない)によって形成することができる。半導体チップ400は、複数のこのようなスルーコンタクト407を有する形で具体化することができる。
半導体チップ400の場合、表側コンタクト105は、電流拡散層404を介して第2の半導体層402に電気的に接続されている。裏側コンタクト106は、キャリア基板408、導電層406、およびスルーコンタクト407を介して、第1の半導体層401に電気的に接続されている。一例として、第2の半導体層402をp型導電性とすることができ、したがって、表側コンタクト105はp型コンタクトを構成する。これに対して、他方の半導体層401をn型導電性とすることができ、したがって、裏側コンタクト106はn型コンタクトを構成する。図10の部品203に関しては、この点において、p型コンタクト105をコンタクト構造160および接触領域141を介してn型コンタクト106に接続することができる。
図12は、直列に接続されたオプトエレクトロニクス半導体チップ101,102と、これらの上に配置された変換要素110,120とを備えているさらなるオプトエレクトロニクス部品204の抜粋図を示している。半導体チップ101,102それぞれは、表側金属コンタクト105および裏側金属コンタクト106を有する。部品204の場合には、交互の形で、第1および第2の半導体チップ101,102のそれぞれの表側コンタクト105とそれぞれの裏側コンタクト106が電気的に接続されている。この目的のため、キャリア140は、比較的大きい金属接触領域142を有する形で具体化されている。第1の半導体チップ101および第2の半導体チップ102は、接触領域142の上に配置されている。裏側コンタクト106と接触領域142との間の接続は、この場合にも例えばはんだによって形成することができる。
共通の接触領域142の上に配置されている半導体チップ101,102の場合、裏側コンタクト106は接触領域142を介して電気的に接続されている。接触領域142の上に一緒に配置されている別の半導体チップ101,102との電気的接続は、コンタクト構造160を介して形成される。この場合、第1および第2の半導体チップ101,102のそれぞれの表側コンタクト105が電気的に接続されている。少なくとも図12に示した半導体チップ101,102は、この場合、コンタクト105を有するチップ領域に関して向かい合うことができる。コンタクト構造160は、絶縁材料150の上に配置されており、一部が絶縁材料150に埋め込まれており、したがって関連する表側コンタクト105まで延在している。図示した電気的接続は、さらなる半導体チップ101,102(図示していない)の方に続けることができる。
図12には、半導体チップ101,102の間に存在する距離310がさらに示してある。距離310は、比較的小さくすることができ、例えば50マイクロメートルとすることができる。図12に示した電気的直列接続は、第1の半導体チップ101および第2の半導体チップ102それぞれの間に交互に存在させることができるのみではない。階段状の変換要素110を有する複数の第1の半導体チップ101と、変換要素120を有する複数の第2の半導体チップ102とが図示した方法で接続される修正形態も可能である。
図12における部品204の場合、一例として、半導体チップ101の表側コンタクト105がp型コンタクトを構成することができ、このコンタクトに電気的に接続されている半導体チップ102の表側コンタクト105が、n型コンタクトを構成することができる。これとは異なり、半導体チップ101の裏側コンタクト106がn型コンタクトを構成することができ、このコンタクトに接続されている半導体チップ102の裏側コンタクト106が、p型コンタクトを構成することができる。この目的のため、半導体チップ101には、例えば、図11を参照しながら説明した半導体チップ400の実施形態を採用することが可能である。半導体チップ102には、以下に図13を参照しながら説明する実施形態を使用することが可能である。
図13は、さらなる半導体チップ420またはLEDチップ420の概略的な側面図を示している。半導体チップ420は、第1の半導体層421と、第2の半導体層422と、これらの間に存在する、放射を生成するための活性ゾーン423とを備えた積層体を有する。2つの半導体層421,422は、異なる導電型を有する。表側面には、積層体または半導体層421の上の端部に表側金属コンタクト105が配置されている。さらに、積層体は、中間層424を介して導電性のキャリア基板425に接続されており、キャリア基板425の裏面には裏側金属コンタクト106が配置されている。表側面において半導体層421の上に変換要素(図示していない)を接着剤によって接合することができる。
半導体チップ420の場合、表側コンタクト105は、第1の半導体層421との接触を形成している。裏側コンタクト106は、キャリア基板425および中間層424を介して第2の半導体層422に電気的に接続されている。一例として、第1の半導体層421をn型導電性とし、第2の半導体層422をp型導電性とすることができ、したがって、図12の部品204を参照しながら上述した表側コンタクト105がn型コンタクトを構成し、裏側コンタクト106がp型コンタクトを構成している。
図13に示したチップ構造は、図10による、直列に接続される半導体チップ101,102(すなわちすべてのチップ101,102)の場合と同様に設けることができる。
図14は、直列に接続されたオプトエレクトロニクス半導体チップ101,102と、これらの上に配置された変換要素110,120とを備えているさらなるオプトエレクトロニクス部品205の抜粋図を示している。半導体チップ101,102それぞれは、対向する端部に配置された2つの表側金属コンタクト105を有し、したがって、裏側コンタクトを備えていない。互いに並んで配置されている半導体チップ101,102の表側コンタクト105は、コンタクト構造160を介して電気的に接続されている。この場合、少なくとも図14に示した半導体チップ101,102は、表側コンタクト105を有するチップ領域に関して向かい合っていることができる。コンタクト構造160は絶縁材料150の上に配置されており、一部が絶縁材料150に埋め込まれており、したがって関連する表側コンタクト105まで延在している。図示した電気的接続は、さらなる半導体チップ101,102(図示していない)の方に続けることができる。
この部品205の場合、半導体チップ101,102は、キャリア140には機械的にのみ結合されている。この構造形態においては、機械的結合は、例えば同様にはんだを使用して形成することができる。この場合、半導体チップ101,102およびキャリア140は、互いに調整されておりかつはんだによって結合される金属層を有することができる(図示していない)。半導体チップ101,102の場合、これらの金属層は裏面に設けることができる。さらには、キャリア140を、実質的にヒートシンクの形で具体化することができる。
部品205の半導体チップ101,102は、キャリア140の上に互いに比較的小さい距離310に配置することができる。距離310は、例えば50マイクロメートルとすることができる。さらには、図14に示した電気的直列接続は、第1の半導体チップ101と第2の半導体チップ102の間に交互に存在させることができるだけではない。階段状の変換要素110を有する複数の第1の半導体チップ101と、変換要素120を有する複数の第2の半導体チップ102とを、図示した方法で接続することも可能である。
部品205の半導体チップ101,102の場合、一方のコンタクト105がp型コンタクトを構成し、他方のコンタクト105がn型コンタクトを構成する。このような構造形態の場合、半導体チップ101,102は、以下に図15を参照しながら説明する実施形態に従って具体化することができる。
図15は、さらなる半導体チップ440またはLEDチップ440の概略的な側面図を示している。この半導体チップ440は、第1の半導体層441と、第2の半導体層442と、これらの間に存在する、放射を生成するための活性ゾーン443とを備えている積層体を有する半導体ボディを有する。2つの半導体層441,442は、異なる導電型またはドーピングを有する。半導体ボディは、導電性の電流拡散層444の上に配置されており、電流拡散層444の上には、表側金属コンタクト105が半導体ボディの横方向に配置されている(図15における右側)。半導体ボディまたは半導体層441の上の表側面に、変換要素(図示していない)を接着剤によって接合することができる。
さらに、半導体チップ440は、スルーコンタクト447を有する。スルーコンタクト447のために、電流拡散層444、半導体層442、活性ゾーン443を垂直方向に貫いて半導体層441の中まで達している切取り部が形成されており、この切取り部は、その内面において絶縁層445によって満たされており、この絶縁層445によって囲まれている導電層446によって満たされている。導電層446は、半導体層441との接触を形成する。スルーコンタクト447の外側には、電流拡散層444、絶縁層445、および導電層446が、積層体の形で互いに上下に配置されている。導電層446の部分領域の上の端部に、さらなる表側金属コンタクト105が配置されている(図15における左側)。さらに、導電層446は、結合層448を介して絶縁性のキャリア基板449に結合されている。キャリア基板449の裏面には金属層450が配置されており、この金属層450は、上述したようにキャリア140の金属層に結合する目的に使用することができる。半導体チップ440は、複数のこのようなスルーコンタクト447を有する形で具体化することができる。
半導体チップ440の場合、右側の表側コンタクト105は、電流拡散層444を介して第2の半導体層442に電気的に接続されている。他方の左側の表側コンタクト105は、導電層446およびスルーコンタクト447を介して第1の半導体層441に電気的に接続されている。一例として、第2の半導体層442をp型導電性とすることができ、したがって右側の表側コンタクト105がp型コンタクトを構成している。これに対して、第1の半導体層441をn型導電性とすることができ、したがって他方の表側コンタクト105がn型コンタクトを構成している。
上述したように、オプトエレクトロニクス部品は、複数の半導体チップ101,102を備えていることができ、半導体チップ101,102は、キャリア140の上に適切に分布した状態で配置することができる。この場合、半導体チップ101,102を互いに比較的近くに配置することができ、この結果として、高輝度かつ高い一様性の光放射を得ることができ、高い一様性は、特に、(上述したように)青緑色の光放射と赤色の光放射という異なるスペクトル領域の光放射を混合して白色または暖白色の光放射を生成することに関連する。
図16は、説明を目的として、オプトエレクトロニクス部品206の半導体チップ101,102と、これらの上に配置されている、一方が階段形状を有する変換要素110,120の、1つの可能な、または例示的な配置構造を、概略的な平面図として示している。半導体チップ101,102それぞれは、端部または角部に個々の表側コンタクト105を有する。白色光源として構成する場合、一例として、発光ユニット101,110を、青緑色の光放射を生成するように設計することができ、発光ユニット102,120を、赤色の光放射を生成するように設計することができる(またはこの逆)。
部品206の場合、半導体チップ101,102の電気的接触(図示していない)は、上述した方法に基づいて、例えば図10に対応する方法において、実施することができる。この場合、一例として、すべての半導体チップ101,102を直列に接続することができる。これに代えて、一例として、半導体チップ101,102の複数の個別の直列接続を設けることを考慮することができる。さらには、電気的接触に関して、図16の変形形態において、表側コンタクト105に関する異なる様式で、個々の半導体チップ101,102の向きを設定することができる。
図16に示したチップの配置構造に基づいて、(上述したように)半導体チップ101,102の上に配置されている変換要素110,120が、半導体チップ101,102の表側コンタクト105に合わせて調整された横方向の切取り部または窪みを有することがさらに明らかになる。結果として、表側コンタクト105まで延在するコンタクト構造160を形成する目的で、表側コンタクト105に自由にアクセス可能である。
階段状の変換要素110に関して、図17に示した半導体チップ101の拡大平面図を参照することで、変換要素110の可能な形状が明らかになる。変換要素110は、第2のセクション112よりも横方向に突き出している第1のセクション111を有する。階段形状、およびしたがって2つの縁部または縁部構造115,116が、変換要素110の周囲全体にわたり存在する。この場合、セクション111,112と縁部構造115,116は、平面視において類似する幾何学形状および輪郭を有し、表側コンタクト105に合わせて調整された切取り部を含んでいる。
2つの表側コンタクト105を有する半導体チップ101,102の場合(図14を参照)、使用する変換要素110,120は、これに対応して、2つの表側コンタクト105に合わせて調整された2つの切取り部を端部に有することができる。この場合、上から見たとき、実質的に長方形または正方形の基本形状を使用することもできる(図示していない)。階段状の変換要素110の場合、セクション111,112と縁部構造115,116は、同様に平面視において類似する幾何学形状および輪郭を有することができ、表側コンタクト105に合わせて調整された切取り部を含んでいる(図示していない)。
さらには、変換要素が上に配置されていない(したがって一次光放射が変換されない)、1つまたは複数の追加のオプトエレクトロニクス半導体チップを備えた形で、オプトエレクトロニクス部品を実施することができる。白色光源の場合、このようにすることで、青緑色、赤色、および青色の各光放射を重ね合わせることができる。変換要素を有さない半導体チップが覆われることを防止する目的で、このような半導体チップの上に透明なスペーサを使用する。図16における部品206の場合、一例として、半導体チップのうちの1つの場合、例えばちょうど中央に存在する半導体チップ102において、変換要素120の代わりにそのようなスペーサを採用することができる。
図18は、例示的な説明を目的として、さらなるオプトエレクトロニクス部品207の抜粋図を示している。この部品207は、階段形状を持つ、および持たない変換要素110,120が上に配置されている半導体チップ101,102と、放射透過性要素130が上に配置されているさらなる半導体チップ103とを備えている。半導体チップ101,102,103それぞれは、表側コンタクト105および裏側コンタクト106を有する。半導体チップ101,102,103は、同じかまたは類似する構造と、図18に示したように、同じ高さまたは厚さとを有することが可能である。一例として、半導体チップ101,102,103すべてが、図11〜図13に対応する構造を有することができる。
放射透過性要素130は、変換要素110,120と同様に、半導体チップ103に表側面において透明な接着剤151(シリコーン接着剤)によって結合されている。さらに、要素130は、半導体チップ103の表側コンタクト105に合わせて調整された形状を有し、端部または角部に存在する切取り部を有する。平面視において、要素130は、第2の変換要素120と同じ横方向形状(すなわち例えば図16に示した形状)を有することができる。さらには、要素130(例えば透明なシリコーンから形成することができる)は、表側面の上の端部に存在する、周囲に延在する縁部または縁部構造135を有する。
部品207の場合、変換要素の縁部115,125のみならず、放射透過性要素130の縁部135も、同じ高さまたは実質的に同じ高さに位置している。適切な場合、許容誤差に応じて、高さの小さなオフセット、例えば数マイクロメートル、例えば10マイクロメートルのオフセットが存在することができる。縁部の高さが一致していることにより、キャリア140が白色絶縁材料150によってポッティングされるときに、半導体チップ101,102,103の表側コンタクト105が絶縁材料150によって覆われ、縁部115,125,135において絶縁材料150が止まり、したがって半導体チップ101,102,103すべての領域において絶縁材料150が同じかまたは実質的に同じ厚さを有することが可能になる。このようにすることで、変換要素120および要素130の両方において、これらが覆われることが回避される。
図18に示したように、同じ厚さを有する半導体チップ101,102,103を使用する場合、放射透過性要素130は変換要素120と同じ厚さを有する。しかしながら、これに代えて、半導体チップ101,102,103の構造が異なり、したがって適切な場合にチップ厚さの異なる部品207の構造も可能である。一例として、半導体チップ101,102が構造的に同じであり、半導体チップ103が、これらとは異なる構造および異なる厚さを有することができる。このような構造の場合にも、キャリア140をポッティングするときに、前述した、絶縁材料150を止める効果を依然としてもたらす目的で、チップの厚さが異なる場合には、要素130と変換要素120の厚さが異なる構造を考慮することができる。
さらに、図18は、半導体チップ101,102,103との1つの可能な接触方法を示している。この場合、図10に対応する構造が使用されており、すなわち、裏側コンタクト106を有する半導体チップ101,102,103が、キャリア140の接触領域141の上に配置されており、表側コンタクト105がコンタクト構造160を介して接触領域141に接続されている。図示した電気的接続は、さらなる半導体チップ101,102,103(図示していない)の方に続けることができる。さらには、要素130が上に配置されている複数の半導体チップ103を直列に電気的に接続することが可能である。
図18を参照しながら説明した放射透過性要素130を有する半導体チップ103の使用は、他のタイプの接触方法(例えば図12および図14に示した構造)に類似した形として考慮することができる。図14を参照すると、この場合、半導体チップ103は2つの表側コンタクト105を有する。同様に、放射透過性要素130は、表側コンタクト105に合わせて調整された2つの切取り部を有することができる。
図面を参照しながら説明した実施形態は、本発明の好ましい実施形態または例示的な実施形態を構成している。図示および説明した実施形態以外に、さらなる修正または特徴の組合せを備えることのできるさらなる実施形態が考えられる。一例として、上に示した材料の代わりに別の材料を使用することができ、チップの距離や厚さなどに関して上に示した数値は、別の数値に置き換えることができる。
図示および説明したオプトエレクトロニクス半導体チップ(特に、図11、図13、図15に示した例示的な実施形態)は、別の、または追加の構造や層(例えば追加のミラー層など)を備えていることが可能であり、示した導電型の代わりに、その逆の導電型を使用することが可能である。さらには、オプトエレクトロニクス部品は、発光半導体チップまたは薄膜チップの別の実施形態を使用して、またはこれらとは異なる実施形態を使用して構築することもできる。
図16および図17に示した、表側コンタクト105の部分的に曲線の形状の代わりに、例えば長方形や正方形の形状など別の形状を考慮することができる。このことは、チップあたり2つのコンタクト105を有する半導体チップの構造の場合にも可能である。変換要素110,120および放射透過性要素130は、コンタクト105に合わせて調整された状態において、別の形状、特に、異なる形状の切取り部と、したがって平面視における縁部構造115,116,125,135の別の輪郭を有することができる。
半導体チップの接触方法に関して、図10、図12、図14を参照しながら説明した方法を、適切な場合に1つの部品において組み合わせることが可能である。
さらには、絶縁材料150の上に配置されているコンタクト構造160(直列接続の最後に配置されている半導体チップの表側コンタクト105との接触を形成する)を、直列接続の最後との接触を形成する役割を果たす導体トラック構造の形で具体化することが可能である。
さらには、コンタクト構造160を形成する方法として、電気めっき法を利用するのではなく別の方法に基づいて形成することが可能である。一例として、メタライゼーション工程が、導電性または金属のペーストまたははんだを塗布または充填するステップを含むことができる。
本部品は、白色光源の形のみならず、別の色を有する光放射を放出する光源の形で、上の方法に基づいて具体化することができる。さらには、上に記載した一次放射および二次放射のスペクトル領域を、別のスペクトル領域に置き換えることができる。一例として、紫外スペクトル領域における一次放射を生成する半導体チップを使用することを考慮することができる。さらに、上に記載した材料とは異なる材料から変換要素を形成することができる。黄色がかった橙色の光放射を生成するための変換材料の一例は、ユーロピウムでドープされたCaSiAlONである。
さらには、セラミックの変換要素と、粒子で満たされたシリコーンから構成されている変換要素の両方を有する部品を構築することを考慮することができる。さらに、3つ以上の異なるタイプの変換要素、すなわち3つ以上の異なる二次放射または色を生成する変換要素を有する部品を形成することが可能である。このような方法の場合、変換要素の階段状の構造によって、同様に、ポッティング時に(より低い)変換要素が絶縁材料によって覆われることが防止される結果を達成することができる。
さらには、半導体チップの直列接続に加えて、またはこれに代えて、並列接続を設けることも可能である。さらに、適切な場合、個々の、または複数の半導体チップの個別の駆動または通電を可能にするコンタクト構造を半導体チップに接続することを考慮することができる。
白色シリコーンの代わりに、何らかの別の反射性または白色のポッティング材料を採用することが可能である。このような材料としては、例えばエポキシ材料などの適切なポリマー材料が挙げられ、同様に散乱粒子によって満たすことができる。
ここまで、本発明について、好ましい実施形態または例示的な実施形態に基づいてさらに具体的に図示および説明してきたが、本発明は、開示されている例に制約されず、当業者には、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、これらの例から別のバリエーションを導くことができる。
本特許出願は、独国特許出願第102012217521.0号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
101,102 半導体チップ
103 半導体チップ
105 表側コンタクト
106 裏側コンタクト
110 変換要素
111,112 セクション
115,116 縁部
120 変換要素
125 縁部
130 放射透過性要素
135 縁部
140 キャリア
141,142 接触領域
150 絶縁材料
151 接着剤
155 切取り部
160 コンタクト構造
170 出発要素
171 凹部構造
201,202 部品
203,204 部品
205,206 部品
207 部品
301,302 方法ステップ
303,304 方法ステップ
305 方法ステップ
310 距離
311 深さ
400 半導体チップ
401 半導体層
402 半導体層
403 活性ゾーン
404 電流拡散層
405 絶縁層
406 導電層
407 スルーコンタクト
408 キャリア基板
420 半導体チップ
421 半導体層
422 半導体層
423 活性ゾーン
424 中間層
425 キャリア基板
440 半導体チップ
441 半導体層
442 半導体層
443 活性ゾーン
444 電流拡散層
445 絶縁層
446 導電層
447 スルーコンタクト
448 結合層
449 キャリア基板
450 金属層

Claims (15)

  1. オプトエレクトロニクス部品であって、
    キャリア(140)と、
    前記キャリア(140)の上に配置されている第1のオプトエレクトロニクス半導体チップ(101)と、
    前記第1の半導体チップ(101)の上に配置されており、前記第1の半導体チップ(101)によって放出された光放射を変換する役割を果たす第1の変換要素(110)と、
    前記キャリア(140)の上に配置されている第2のオプトエレクトロニクス半導体チップ(102)と、
    前記第2の半導体チップ(102)の上に配置されており、前記第2の半導体チップ(102)によって放出された光放射を変換する役割を果たす第2の変換要素(120)と、
    前記キャリア(140)の上に配置されている絶縁材料(150)であって、前記第1の半導体チップ(101)および前記第2の半導体チップ(102)と前記第1の変換要素(110)および前記第2の変換要素(120)とを囲んでいる、前記絶縁材料(150)と、
    を備えており、
    前記第1の変換要素(110)が、階段状に具体化されており、かつ第1のセクション(111)および第2のセクション(112)を有し、前記第1のセクション(111)が横方向に前記第2のセクション(112)よりも突き出している、
    オプトエレクトロニクス部品。
  2. 前記第1の変換要素(110)と前記第2の変換要素(120)が異なる厚さを有する、
    請求項1に記載のオプトエレクトロニクス部品。
  3. 前記第1の変換要素が、前記第2のセクションの表側面端部に存在する縁部と、前記第1のセクションの表側面端部に存在する追加の縁部(115)とを有し、前記第1の半導体チップの領域における前記絶縁材料が前記追加の縁部において止まる、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクス部品。
  4. 前記第2のセクション(112)の側面に前記絶縁材料が存在しない、
    請求項1から請求項3のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  5. 前記第1の変換要素(110)の前記第1のセクション(111)が、前記第1の変換要素(110)の周囲全体にわたり前記第2のセクション(112)よりも横方向に突き出している、
    請求項1から請求項4のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  6. 前記絶縁材料(150)が白色のシリコーンである、
    請求項1から請求項5のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  7. 前記第1の半導体チップ(101)および前記第2の半導体チップ(102)それぞれが、少なくとも1つの表側コンタクト(105)を有し、
    前記オプトエレクトロニクス部品が、前記絶縁材料(150)の上に配置されておりかつ少なくとも1つの表側コンタクト(105)まで延在しているコンタクト構造(160)、を備えている、
    請求項1から請求項6のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  8. 前記第1の半導体チップ(101)および前記第2の半導体チップ(102)が、青色スペクトル領域における光放射を生成するように設計されており、
    前記2つの変換要素(110;120)のうちの一方が、半導体チップ(101;102)によって生成される光放射の一部を緑色スペクトル領域における光放射に変換するように設計されており、
    前記2つの変換要素(110;120)のうちの他方が、半導体チップ(101;102)によって生成される光放射を赤色スペクトル領域における光放射に変換するように設計されている、
    請求項1から請求項7のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  9. 複数の第1の半導体チップ(101)と、前記第1の半導体チップの上に配置されている第1の変換要素(110)、および/または、複数の第2の半導体チップ(102)と、前記第2の半導体チップの上に配置されている第2の変換要素(120)、を備えている、
    請求項1から請求項8のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  10. 前記キャリア(140)の上に配置されているさらなる半導体チップ(103)と、前記さらなる半導体チップ(103)の上に配置されている放射透過性要素(130)と、をさらに備えている、
    請求項1から請求項9のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  11. 前記第1の変換要素(110)および前記第2の変換要素(120)がセラミックの変換要素である、
    請求項1から請求項10のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
  12. 請求項1から請求項11のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品を製造する方法であって、
    以下の方法ステップ、すなわち、
    キャリア(140)の上に第1のオプトエレクトロニクス半導体チップ(101)および第2のオプトエレクトロニクス半導体チップ(102)を配置するステップと、
    前記第1の半導体チップ(101)によって放出される光放射を変換するための第1の変換要素(110)を前記第1の半導体チップ(101)の上に配置するステップと、
    前記第2の半導体チップ(102)によって放出される光放射を変換するための第2の変換要素(120)を前記第2の半導体チップ(102)の上に配置するステップと、
    前記キャリア(140)に絶縁材料(150)を塗布するステップであって、前記絶縁材料(150)が前記第1の半導体チップ(101)および前記第2の半導体チップ(102)と、前記第1の変換要素(110)および前記第2の変換要素(120)とを囲むように塗布する、ステップと、
    を含み、
    前記第1の半導体チップ(101)の上に配置される前記第1の変換要素(110)が、階段状に具体化され、第1のセクション(111)および第2のセクション(112)を有し、前記第1のセクション(111)が、横方向に前記第2のセクション(112)よりも突き出している、
    方法。
  13. 前記第1の変換要素(110)が、出発要素(170)から、2段階の構造化法が実行されることによって作製される、
    請求項12に記載の方法。
  14. 前記第1の半導体チップ(101)および前記第2の半導体チップ(102)それぞれが、少なくとも1つの表側コンタクト(105)を有し、
    前記キャリア(140)に塗布される絶縁材料(150)が前記表側コンタクト(105)を覆い、
    表側コンタクト(105)まで延びる切取り部(155)が前記絶縁材料(150)に形成され、
    前記切取り部(155)が形成された後、コンタクト構造160を形成する目的で、前記絶縁材料(150)に金属材料が塗布され、前記切取り部(155)が満たされる、
    請求項12または請求項13のいずれかに記載の方法。
  15. 請求項1から請求項11のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品が製造される、
    請求項12から請求項14のいずれかに記載の方法。
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