DE102010052541A1

DE102010052541A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102010052541A1
Application number: DE102010052541A
Authority: DE
Inventors: Harald Jäger; Herbert Brunner
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben umfassend ein Gehäuse, das einen Gehäusekörper mit einer Vertiefung und einen Anschlussträger mit einem ersten Anschlussträgerteil und einem zweiten Anschlussträgerteil aufweist, einen optoelektronischen Halbleiterchip, der in der Vertiefung und auf dem Anschlussträger angeordnet ist, und mindestens eine Versteifungsstruktur zur Verbesserung der Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements, wobei der Gehäusekörper aus einem Gehäusematerial gebildet ist, das Silikon enthält.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse und einem optoelektronischen Halbleiterchip angegeben, der in dem Gehäuse angeordnet und insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
Ein Gehäuse für einen optoelektronischen Halbleiterchip kann einen Gehäusekörper aufweisen, der beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial wie PPA (Polyphthalamid) hergestellt ist. Problematisch ist hierbei die relativ schnelle Alterung des Kunststoffmaterials bei Einwirkung kurzwelliger Strahlung und die damit verbundene eingeschränkte Lebensdauer des gesamten optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein alterungsstabiles optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Gehäuse, das einen Gehäusekörper mit einer Vertiefung und einen Anschlussträger aufweist. Der Gehäusekörper ist aus einem Gehäusematerial gebildet, das Silikon enthält. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst mindestens eine Versteifungsstruktur. Die mindestens eine Versteifungsstruktur ist zur Verbesserung der Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements vorgesehen. Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der in der Vertiefung und auf dem Anschlussträger angeordnet ist. Der Anschlussträger weist ein erstes Anschlussträgerteil und ein zweites Anschlussträgerteil auf. Der optoelektronische Halbleiterchip ist vorzugsweise mit dem Anschlussträger elektrisch leitend verbunden.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich beispielsweise um einen Lumineszenzdiodenchip handeln. Der Lumineszenzdiodenchip kann ein Leucht- oder Laserdiodenchip sein, der insbesondere Strahlung im ultravioletten bis infraroten Bereich emittiert. Vorzugsweise emittiert der Lumineszenzdiodenchip Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Das. Silikon enthaltende Gehäusematerial hat den Vorteil, dass es besonders UV-stabil und hochtemperaturstabil ist. Durch die Verwendung des Silikon enthaltenden Gehäusematerials kann somit ein alterungsstabiler Gehäusekörper geschaffen werden.
Bei einem Silikon enthaltenden Gehäusematerial kann zum einen das Problem auftreten, dass der Gehäusekörper an dem Anschlussträger schlecht haftet. Zum anderen kann die Brüchigkeit des Gehäusekörpers erhöht sein. Durch die mindestens eine Versteifungsstruktur wird diesen Problemen entgegengewirkt, und es wird ein robustes optoelektronisches Halbleiterbauelement geschaffen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Gehäusematerial eine Silikon-Matrix und einen Füllstoff, der in die Silikon-Matrix eingebettet ist. Mit Vorteil kann das Gehäusematerial mittels des in die Silikon-Matrix eingebetteten Füllstoffs an den Anschlussträger thermisch angepasst werden.
Vorzugsweise ist der Füllstoff Titandioxid oder ein mineralischer Stoff, insbesondere ein Glas wie Siliziumdioxid, oder eine Kombination dieser Materialien. Der Füllstoff kann in Form von kugelartigen Partikeln in die Silikon-Matrix eingebettet sein. Die kugelartigen Partikel können im Falle von Titandioxid einen Durchmesser ≤ 1 μm und im Falle von Siliziumdioxid einen Durchmesser ≤ 100 μm aufweisen.
Der Anschlussträger kann beispielsweise Kupfer enthalten. Durch den Füllstoff wird vorzugsweise der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäusematerials gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des nur aus Matrixmaterial bestehenden Gehäusematerials gesenkt und ist somit an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Anschlussträgers besser angepasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gehäusematerial zwischen 80 Gew.-% und 90 Gew.-% Füllstoff.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Anschlussträger ein Metall oder eine Metallverbindung oder besteht aus einem Metall oder einer Metallverbindung. Wie bereits erwähnt, kann der Anschlussträger aus Kupfer gebildet sein.
Vorzugsweise ist der Anschlussträger ein geätzter Leiterrahmen. Besonders bevorzugt ist der Anschlussträger ein halbgeätzter Leiterrahmen (auch „semi-etched leadframe”). Dies schließt insbesondere ein, dass der Leiterrahmen bei der Herstellung von Durchbrüchen von einer ersten Seite aus nur bis etwa zur Hälfte geätzt wird. Ausgehend von einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite wird der Leiterrahmen ebenfalls nur bis etwa zur Hälfte geätzt, so dass sich die beiden geätzten Bereiche treffen und insgesamt einen Durchbruch ergeben, der sich von der ersten bis zur zweiten Seite erstreckt. Entsprechend können beidseitig teilweise geätzte Bereiche, insbesondere halbgeätzte Bereiche, gebildet werden, die sich nicht bis zur gegenüber liegenden Seite erstrecken.
Vorteilhafterweise lassen sich bei einem geätzten Leiterrahmen mit geringfügigem Aufwand und relativ geringen Kosten Versteifungsstrukturen ausbilden.
Ferner können die Durchbrüche oder Vertiefungenin den Anschlussträger gestanzt werden. Eine weitere vorteilhafte Methode zur Herstellung, des Anschlussträgers ist ein Fließpressverfahren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Seite des Anschlussträgers die Montageseite des Halbleiterchips. Weiterhin ist insbesondere die zweite Seite des Anschlussträgers die Montageseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Vorzugsweise ist auf der ersten Seite des Anschlussträgers ein erster Kontaktbereich vorgesehen, auf dem der optoelektronische Halbleiterchip angeordnet ist. Der erste Kontaktbereich bildet vorzugsweise einen ersten elektrischen Anschluss für den Halbleiterchip. Weiterhin ist mit Vorteil auf der ersten Seite des Anschlussträgers ein zweiter Kontaktbereich vorgesehen. Der zweite Kontaktbereich bildet insbesondere einen zweiten elektrischen Anschluss für den Halbleiterchip. Der zweite Kontaktbereich ist insbesondere ein Drahtanschlussbereich.
Das erste Anschlussträgerteil umfasst bevorzugt den ersten Kontaktbereich. Weiter bevorzugt umfasst das zweite Anschlussträgerteil den zweiten Kontaktbereich. Zur Verbesserung des elektrtischen Kontakts weist der Anschlussträger mit Vorteil im Bereich des ersten Kontaktbereichs und/oder des zweiten Kontaktbereichs eine elektrisch leitende Beschichtung auf, beispielsweise eine Beschichtung aus Gold oder Silber.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Anschlussträgerteil und das zweite Anschlussträgerteil durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, in welchem das Gehäusematerial angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind die beiden Anschlussträgerteile dadurch elektrisch isoliert.
Der erste und der zweite Kontaktbereich sind am Boden der Vertiefung des Gehäusekörpers angeordnet. Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbereiche von Gehäusematerial unbedeckt. Andere Bereiche des Anschlussträgers sind mit Vorteil von Gehäusematerial bedeckt.
Die Vertiefung wird in lateraler Richtung, das heißt entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Anschlussträgers, von mindestens einer Innenwand des Gehäusekörpers begrenzt. Weiterhin ist die Vertiefung zumindest teilweise von dem Gehäusekörper umgeben. Insbesondere ist die Vertiefung in lateraler Richtung vollständig von dem Gehäusekörper umschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft der Anschlussträger in lateraler Richtung ausgehend von der Innenwand bis hin zu einer äußeren Seitenwand des Gehäusekörpers weitgehend innerhalb des Gehäusekörpers. Nur an der Oberfläche der Seitenwand ist der Anschlussträger insbesondere von Gehäusematerial unbedeckt.
Weiterhin sind der erste und zweite Kontaktbereich mit Vorteil auf der zweiten Seite des Anschlussträgers ebenfalls von Gehäusematerial unbedeckt. Die an die Kontaktbereiche angrenzenden Bereiche des Anschlussträgers auf der zweiten Seite sind jedoch vorzugsweise von Gehäusematerial bedeckt.
Der Anschlussträger schließt bevorzugt an der Oberfläche der Seitenwand bündig mit dem Gehäusekörper ab. Weiter bevorzugt schließt der Anschlussträger auf der Montageseite des Bauelements mit dem Gehäusekörper bündig ab.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ragt der Anschlussträger an keiner äußeren Gehäusewand, das heißt an keiner dem Halbleiterchip abgewandten Gehäusewand, über den Gehäusekörper hinaus.
Vorzugsweise ist der Anschlussträger chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt. Dadurch kann der Gehäusekörper besser am Anschlussträger verankert werden. Beispielsweise kann auf den Anschlussträger ein Primer aufgebracht sein, der für eine bessere Haftung zwischen Gehäusekörper und Anschlussträger sorgt. Alternativ oder zusätzlich kann der Anschlussträger aufgeraut sein. Dies kann durch einen Plasma-Prozess, beispielsweise mit einem O2-, O3- oder Ar-plasma, erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäusekörper aus einer Pressmasse hergestellt. Weiter bevorzugt ist der Gehäusekörper um den Anschlussträger gepresst. Mit der Herstellung des Gehäusekörpers aus einer Pressmasse sind designtechnische Freiheiten, beispielsweise bei der Gestaltung der Vertiefung oder bei der Gestaltung der Versteifungsstruktur, verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Versteifungsstruktur an dem Gehäuse vorgesehen. Es kann mindestens eine Versteifungsstruktur an dem Gehäusekörper vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Versteifungsstruktur an dem Anschlussträger vorgesehen sein. Das Gehäuse kann also mehrere Versteifungsstrukturen aufweisen.
Bei einer geeigneten Weiterbildung enthält die Versteifungsstruktur das Gehäusematerial. Vorteilhafterweise kann hierbei zumindest ein Teil der Versteifungsstruktur zusammen mit dem Gehäusekörper hergestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Versteifungsstruktur mindestens eine Erhebung auf dem Gehäusekörper. Insbesondere kann die Erhebung auf einer Außenwand des Gehäusekörpers angeordnet sein, welche die Seitenwand des Gehäusekörpers mit der Innenwand des Gehäusekörpers verbindet. Eine derartige Erhebung vergrößert vorzugsweise die Höhe des Gehäusekörpers. Dadurch kann bei dem Gehäuse das Widerstandsmoment gegen Biegung erhöht werden, wodurch das Gehäuse versteift wird. Die Erhebung kann sich auf der Außenwand entlang des Umfangs der Vertiefung erstrecken. Im Querschnitt kann die Erhebung eine rechteckige oder halbrunde Form aufweisen. Vorzugsweise enthält die Erhebung das Gehäusematerial.
Entsprechend kann eine Erhebung auf der Seitenwand des Gehäusekörpers angeordnet sein. Eine derartige Erhebung vergrößert vorzugsweise eine Wandstärke des Gehäusekörpers.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Versteifungsstruktur eine Innenwand des Gehäusekörpers, die zumindest stellenweise gekrümmt ist. Die Innenwand ist derart gekrümmt, dass die Kontaktfläche zwischen Gehäusekörper und Anschlussträger vorteilhaft erhöht ist. Beispielsweise kann der Gehäusekörper in den Ecken der Vertiefung abgerundet sein, so dass die Innenwand in den Ecken gekrümmt ist. Ferner kann mindestens eine Innenwand am Übergang zum Anschlussträger gekrümmt sein.
Die Vertiefung des Gehäusekörpers weist insbesondere eine drehsymmetrische Form, zum Beispiel näherungsweise die Form eines umgedrehten Pyramidenstumpfes, auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Versteifungsstruktur mindestens eine Erhebung, die den Zwischenraum, der den ersten von dem zweiten Anschlussträgerteil trennt, überspannt und innerhalb der Vertiefung angeordnet ist. Rissbildungen treten häufig entlang einer Trennlinie zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussträgerteil auf. Durch mindestens eine die Trennlinie überspannende Erhebung wird der Zwischenraum versteift und damit die Gefahr von Rissbildungen im Bereich des Zwischenraums reduziert. Die mindestens eine den Zwischenraum überspannende Erhebung kann beispielsweise halbkugelförmig oder streifenförmig ausgebildet sein. Im Querschnitt weist die Erhebung zusammen mit dem Zwischenraum insbesondere eine Pilz- oder Nietstruktur auf.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Versteifungsstruktur den Zwischenraum, der den ersten von dem zweiten Anschlussträgerteil trennt, wobei der Zwischenraum in Draufsicht auf den Anschlussträger krummlinig ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls die Gefahr von Rissbildungen entlang der Trennlinie reduziert werden. Die beiden Anschlussträgerteile weisen hierbei jeweils eine dem Zwischenraum zugewandte krummlinige Kante auf. Bei einer deratigen Versteifungsstruktur ist vorteilhafterweise die Kontaktfläche zwischen den Anschlussträgerteilen und dem Gehäusematerial, das in dem Zwischenraum angeordnet ist, vergrößert. „Krummlinig” bedeutet hier insbesondere „nicht geradlinig”. Beispielsweise kann der Zwischenraum in Draufsicht eine Wellenform oder eine Zickzackform aufweisen. Weiterhin kann der Zwischenraum in Draufsicht abgewinkelt ausgebildet sein, das heißt der Zwischenraum kann die Form eines „L”s aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der, Anschlussträger ein erstes Anschlussträgerteil mit einem ersten Kontaktbereich, ein zweites Anschlussträgerteil mit einem zweiten Kontaktbereich und ein drittes Anschlussträgerteil mit einem dritten Kontaktbereich auf. Die Anschlussträgerteile sind jeweils durch einen Zwischenraum voneinander getrennt. Beispielsweise können die beiden Zwischenräume in Draufsicht abgewinkelt ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der erste Kontaktbereich ein Chipanschlussbereich, auf dem der optoelektronische Halbleiterchip angeordnet ist. Der zweite und dritte Kontaktbereich sind insbesondere Drahtanschlussbereiche, mit welchen der optoelektronische Halbleiterchip oberseitig mittels eines Drahtes verbunden ist. Bei einem vergleichsweise großen Halbleiterchip, der beispielsweise eine Kantenlänge von mindestens 1 mm aufweist, ist eine oberseitige Kontaktierung mit zwei Drähten vorteilhaft. Hierbei kann die Drahtstärke eines einzelnen Drahtes gleich groß gewählt werden wie im Falle eines kleineren Halbleiterchips, der nur mit einem Draht kontaktiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Versteifungsstruktur mindestens einen Durchbruch, der in dem Anschlussträger angeordnet ist und mit dem Gehäusematerial gefüllt ist, wobei sich der Durchmesser des Durchbruchs in Dickenrichtung des Anschlussträgers ändert. Durch diese Ausprägung kann der Gehäusekörper besser am Anschlussträger verankert werden, wodurch die Gefahr einer Ablösung des Gehäusekörpers verringert ist.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist der Anschlussträger vorzugsweise ein halbgeätzter Leiterrahmen. Der Durchbruch mit sich änderndem Durchmesser kann insbesondere dadurch hergestellt werden, dass ausgehend von der ersten Seite eine erster Bereich mit einem ersten Durchmesser und ausgehend von der zweiten Seite eine zweiter Bereich mit einem zweiten Durchmesser in den Anschlussträger geätzt werden. Die beiden geätzten Bereiche treffen sich ungefähr in der Mitte des Anschlussträgers. Somit ist ein Durchbruch ausgebildet, der sich von der ersten Seite bis zur zweiten Seite des Anschlussträgers erstreckt und einen Durchmesser aufweist, der sich in Dickenrichtung des Anschlussträgers ändert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Durchbruch auf der ersten Seite einen kleineren Durchmesser auf als auf der zweiten Seite. Beispielsweise kann der Durchbruch im Querschnitt die Form eines umgedrehten „T”s aufweisen.
Der Durchbruch kann sich parallel zu der Trennlinie erstrecken, die zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussträgerteil verläuft. Beispielsweise kann der Durchbruch in Draufsicht auf den Anschlussträger streifenförmig ausgebildet sein. Ferner können mehrere Durchbrüche nebeneinander vorgesehen sein, wobei die zwischen den Durchbrüchen angeordneten Bereiche des Anschlussträgers beispielsweise die Form eines Gitters ergeben.
Der Durchbruch kann im Bereich der Vertiefung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Durchbruch in den Gehäusekörper eingebettet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Vertiefung des Gehäusekörpers ein Verguss angeordnet. Dieser Verguss ist insbesondere ein klarer Verguss. Vorzugsweise enthält der Verguss Silikon. Der optoelektronische Halbleiterchip ist zumindest teilweise von dem Verguss umgeben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Verguss vom Boden der Vertiefung bis zur Oberkante des Halbleiterchips ein Reflexionsmittel. Bei dem reflektierenden Verguss handelt es sich bevorzugt um ein Polymer, in das reflektierend wirkende Partikel eingefüllt sind. Das Polymer des Vergussmaterials, das eine Matrix für die Partikel bildet, ist zum Beispiel ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Die reflektierenden Partikel sind zum Beispiel aus einem Metalloxid wie Aluminiumoxid oder Titanoxid, aus einem Metallfluorid wie Calciumfluorid oder aus einem Siliziumoxid hergestellt oder bestehen daraus.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung enthält der Verguss ein Konvertermaterial zur Wellenlängenkonversion eines Teils der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in Strahlung größerer Wellenlänge. Insbesondere umfasst das Konvertermaterial Partikel mindestens eines Leuchtstoffs. Bevorzugt ist der Verguss aus einem Matrixmaterial, beispielsweise einem Epoxidharz oder einem Silikonmaterial, gebildet. Weiter bevorzugt sind die Partikel in das Matrixmaterial eingebettet.
Alternativ kann zur Wellenlängenkonversion auf einer Oberfläche des Halbleiterchips ein Konverterelement angeordnet sein. Beispielsweise kann das Konverterelement ein Plättchen aus einem keramischen Material sein, das aus einem. Leuchtstoff oder mehreren Leuchtstoffen besteht oder mindestens einen Leuchtstoff enthält. Ferner kann das Konverterelement eine elektrophoretisch abgeschiedene Pulverschicht mit einem oder mehreren Leuchtstoffen enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Leuchtstoff ein Granatleuchtstoff wie YAG:Ce verwendet, der zur Emission von wellenlängenkonvertierter Strahlung aus dem gelben Spektralbereich ausgebildet ist.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1 und 2 zeigen in einer schematischen Seitenansicht und einer schematischen Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die 3 bis 7 zeigen in schematischen Seitenansichten fünf weitere Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die 8 bis 11 zeigen in schematischen Draufsichten vier weitere Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die 12 zeigt eine Fotografie eines Verbunds von herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterbauelementen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das in 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 7 und ein Gehäuse 2 auf, in welchem der optoelektronische Halbleiterchip 7 angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 7 um einen Lumineszenzdiodenchip, der Strahlung im ultravioletten bis infraroten Bereich emittiert.
Insbesondere ist der Halbleiterchip 7 aus einem Halbleitermaterial gebildet, das auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basiert. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Das Gehäuse 2 umfasst einen Gehäusekörper 3 und einen Anschlussträger 5. Der Gehäusekörper 3 ist aus einem Gehäusematerial gebildet, das Silikon enthält. Das Gehäusematerial enthält mit Vorteil eine Silikon-Matrix und einen Füllstoff, der in die Silikon-Matrix eingebettet ist. Insbesondere enthält das Gehäusematerial zwischen 80 Gew.-% und 90 Gew.-% Füllstoff. Der Füllstoff ist vorzugsweise Titandioxid oder ein mineralischer Stoff, insbesondere ein Glas wie Siliziumdioxid, oder eine Kombination dieser Materialien.
Der Gehäusekörper 3 ist mit einer Vertiefung 4 ausgebildet, in welcher der optoelektronische Halbleiterchip 7 angeordnet ist. Beispielsweise hat der Gehäusekörper 3 eine Höhe h zwischen 0.2 mm und 0.5 mm und eine Wandstärke s = 0.25 mm.
Wie die Draufsicht in 2 zeigt, ist der optoelektronische Halbleiterchip 7 umfangseitig vollständig von einer Innenwand 10 des Gehäusekörpers 3 umgeben. Die Innenwand 10 begrenzt die Vertiefung 4. Im Querschnitt weist die Vertiefung 4 zumindest stellenweise die Form eines umgedrehten Trapezes auf. Die Innenwand 10 verläuft zumindest stellenweise schräg zu einer Ebene des Anschlussträgers 5, in welcher der Halbleiterchip 7 angeordnet ist. Aufgrund dieses Verlaufs kann der Gehäusekörper 3 vorteilhaft als Reflektor für die von dem optoelektronischen Halbleiterchip 7 emittierte Strahlung dienen.
Der Anschlussträger 5 weist ein erstes Anschlussträgerteil 5a und ein zweites Anschlussträgerteil 5b auf, die beide in die Vertiefung 4 hineinragen und am Boden der Vertiefung 4 angeordnet sind. Die Vertiefung 4 wird also seitlich durch die Innenwand 10 und am Boden durch den Anschlussträger 5 begrenzt.
Das erste Anschlussträgerteil 5a umfasst einen ersten Kontaktbereich 6a. Entsprechend umfasst das zweite Anschlussträgerteil 5b einen zweiten Kontaktbereich 6b. Die beiden Anschlussträgerteile 5a, 5b sind durch einen Zwischenraum 11 voneinander getrennt. Der Zwischenraum 11 ist mit dem Gehäusematerial ausgefüllt, wobei das Gehäusematerial vorzugsweise elektrisch isolierend ist.
Der optoelektronische Halbleiterchip 7 ist auf dem ersten Kontaktbereich 6a montiert und mittels des ersten Kontaktbereichs 6a elektrisch kontaktiert. Weiterhin ist der optoelektronische Halbleiterchip 7 mittels eines Leiters 9, vorzugsweise eines Bonddrahtes, mit dem zweiten Kontaktbereich 6b verbunden und elektrisch kontaktiert. Der optoelektronische Halbleiterchip 7 ist also mittels. des ersten und zweiten Kontaktbereichs 6a, 6b elektrisch angeschlossen.
Der Anschlussträger 5 ist zumindest teilweise in den Gehäusekörper 3 eingebettet. Der Anschlussträger 5 verläuft in lateraler Richtung, das heißt in einer Haupterstreckungsrichtung des Anschlussträgers 5, ausgehend von der Innenwand 10 bis hin zu einer äußeren Seitenwand 12 des Gehäusekörpers 3 weitgehend innerhalb des Gehäusekörpers 3. Nur an einer Oberfläche der Seitenwand 12 ist der Anschlussträger 5 von Gehäusematerial unbedeckt.
Ferner sind die ersten und zweiten Kontaktbereiche 6a, 6b auf der Montageseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 von Gehäusematerial unbedeckt. Die Montageseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 ist zugleich die der Chipmontageseite gegenüber liegende Seite des Anschlussträgers 5. Andere Bereiche 13 des Anschlussträgers 5 auf der Montageseite sind jedoch von Gehäusematerial bedeckt. Die bedeckten Bereiche 13 sind vorzugsweise vertiefte Bereiche im Anschlussträger 5. Mittels der vertieften Bereiche 13 kann der Gehäusekörper 3 besser im Anschlussträger 5 verankert werden.
Der Anschlussträger 5 ist mit Vorteil ein geätzter Leiterrahmen, insbesondere ein halbgeätzter Leiterrahmen (auch „semi-etched leadframe”). Beispielsweise ist der Leiterrahmen aus Kupfer gebildet. Die vertieften Bereiche 13 sind vorzugsweise geätzte Bereiche, insbesondere halbgeätzte Bereiche. Hierbei entspricht die Tiefe T der halbgeätzten Bereiche 13 der halben Dicke d des Anschlussträgers 5. Beispielsweise ist die Dicke des Anschlussträgers 5 d = 0.25 mm. Die Tiefe der halbgeätzten Bereiche 13 ist dann T = 0.125 mm mit einer Toleranz von ±50 μm.
Weiterhin ist der Zwischenraum 11 vorzugsweise ein geätzter Durchbruch, der durch zwei halbgeätzte Bereiche, die sich in der Mitte des Anschlussträgers 5 treffen, erzeugt ist. Die Breite b des Zwischenraums 11 liegt mit Vorteil zwischen 0.15 mm und 0.35 mm. Insbesondere entspricht die Breite b der Dicke d des Anschlussträgers 5 und ist dann b = 0.25 mm.
Die vertieften Bereiche 13 oder Durchbrüche können auch stanztechnisch gefertigt werden. Dies ist insbesondere bei hohen Stückzahlen eine kostengünstige Variante.
Der Anschlussträger 5 schließt an der Oberfläche der Seitenwand 12 bündig mit dem Gehäusekörper 3 ab. Weiterhin schließt der Anschlussträger 5 auf der Montageseite des Bauelements 1 mit dem. Gehäusekörper 3 bündig ab.
Das Gehäuse 2 umfasst eine Versteifungsstruktur 8 zur Verbesserung der Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Die Versteifungsstruktur 8 ist auf einer Außenwand 14 des Gehäusekörpers 3 angeordnet, welche die Innenwand 10 mit der Seitenwand 12 verbindet. Bei der Versteifungsstruktur 8 handelt es sich um eine Erhebung, die Gehäusematerial enthält. Die Erhebung kann vorteilhafterweise zusammen mit dem Gehäusekörper 3 hergestellt werden. Vorzugsweise werden der Gehäusekörper 3 und die Erhebung gemeinsam aus einer Pressmasse hergestellt.
Die Erhebung umgibt die Vertiefung 4 umfangseitig. Im Querschnit weist die Erhebung eine halbrunde Form auf. Die Erhebung vergrößert die Höhe des Gehäuses 2. Dadurch kann bei dem Gehäuse 2 das Widerstandsmoment gegen Biegung vorteilhaft erhöht werden.
Das in 3 dargestellte optoelektronische Hableiterbauelement 1 weist wie das im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebene Bauelement ein Gehäuse 2 und einen optoelektronischen Halbleiterchip 7 auf, der in der Vertiefung 4 des Gehäusekörpers 3 angeordnet ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsstruktur 8 nicht an dem Gehäusekörper 3, sondern an dem Anschlussträger 5 vorgesehen. Bei der Versteifungsstruktur 8 handelt es sich um eine Erhebung, die den Zwischenraum 11, der den ersten von dem zweiten Anschlussträgerteil 5a, 5b trennt, überspannt und innerhalb der Vertiefung 4 angeordnet ist. Rissbildungen, die häufig entlang der Trennlinie zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussträgerteil 5a, 5b auftreten, werden hierbei reduziert, weil der Zwischenraum 11 mittels der Erhebung versteift ist. Im Querschnitt weist die Erhebung eine halbrunde Form auf. Die Erhebung kann sich entlang der ganzen Trennlinie erstrecken oder punktuell ausgebildet sein.
Der optoelektronische Halbleiterchip 7 ist zum Schutz in einen Verguss 15 eingebettet, der innerhalb der Vertiefung 4 angeordnet ist. Insbesondere füllt der Verguss 15 die Vertiefung bis auf die Höhe der Außenwand 14 aus. Der Verguss 15 ist ein klarer Verguss, der für die von dem optoelektronischen Halbleiterchip 7 emittierte Strahlung durchlässig ist. Vorzugsweise enthält oder besteht der Verguss 15 aus Silikon. Da auch das Gehäusematerial Silikon enthält, kann zwischen Gehäusekörper 3 und Verguss 15 eine sehr gute Haftung erzielt werden.
Das in 4 dargestellte optoelektronische Hableiterbauelement 1 weist wie die vorhergehend beschriebenen Bauelemente ein Gehäuse 2 und einen optoelektronischen Halbleiterchip 7 auf, der in der Vertiefung 4 des Gehäusekörpers 3 angeordnet ist.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsstruktur 8 am Anschlussträger 5 vorgesehen. Bei der Versteifungsstruktur 8 handelt es sich um einen Durchbruch, der in dem Anschlussträger 5 angeordnet ist und mit dem Gehäusematerial gefüllt ist, wobei sich der Durchmesser des Durchbruchs in Dickenrichtung des Anschlussträgers 5 ändert. Der Durchbruch ist durch einen ersten Bereich 8a mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Bereich 8b mit einem zweiten Durchmesser gebildet. Der erste Bereich 8a weist einen kleineren Durchmesser auf als der zweite Bereich 8b. Beispielsweise kann der erste, Durchmesser 0.2 mm und der zweite Durchmesser 0.35 mm betragen.
Der erste Bereich 8a ist ausgehend von der ersten Seite des Anschlussträgers 5, das heißt ausgehend von der Chipmontageseite, halbgeätzt. Der zweite Bereich 8b ist ausgehend von der zweiten Seite, das heißt der Montageseite des Halbleiterbauelements 1, halbgeätzt.
Bei dieser Versteifungsstruktur 8 ist die Kontaktfläche zwischen Anschlussträger 5 und Gehäusematerial vorteilhaft erhöht, so dass der Gehäusekörper 3 besser im Anschlussträger 5 verankert und damit das Gehäuse 2 besser versteift ist.
Der optoelektronsiche Halbleiterchip 7 ist in einen Verguss 15 eingebettet, der innerhalb der Vertiefung 4 angeordnet ist. Der Verguss 15 enthält ein Matrixmaterial wie Silikon oder ein Epoxidharz und ein Konvertermaterial zur Wellenlängenkonversion eines Teils der von dem Halbleiterchip 7 emittierten Strahlung in Strahlung größerer Wellenlänge. Insbesondere umfasst das Konvertermaterial Partikel mindestens eines Leuchtstoffs, die in das Matrixmaterial eingebettet sind.
Das in 5 dargestellte optoelektronische Hableiterbauelement 1 weist wie die vorhergehend beschriebenen Bauelemente ein Gehäuse 2 und einen optoelektronischen Halbleiterchip 7 auf, der in der Vertiefung 4 des Gehäusekörpers 3 angeordnet ist.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsstruktur 8 am Anschlussträger 5 vorgesehen und umfasst mehrere Durchbrüche. Es sind Durchbrüche zwischen dem ersten und dem zweiten Konkaktbereich 6a, 6b vorgesehen. Weitere Durchbrüche befinden sich in Bereichen des Anschlussträgers 5, die in den Gehäusekörper 3 eingebettet sind. Die Bereiche des Anschlussträgers 5, welche die Durchbrüche zwischen dem ersten und dem zweiten Konkaktbereich 6a, 6b begrenzen, bilden eine Gitterstruktur.
Bei dieser Versteifungsstruktur 8 ist die Kontaktfläche zwischen Anschlussträger 5 und Gehäusematerial gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise weiter erhöht.
Ferner ist in der Vertiefung 4 ein Verguss 15 angeordnet, der vom Boden der Vertiefung 4 bis zur Oberkante des Halbleiterchips 7 reicht. Der Verguss 15 enthält ein Reflexionsmittel. Bei dem reflektierenden Verguss 15 handelt es sich bevorzugt um ein Polymer, in das reflektierend wirkende Partikel eingefüllt sind. Das Polymer des Vergussmaterials, das eine Matrix für die Partikel bildet, ist zum Beispiel ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Die reflektierenden Partikel sind zum Beispiel aus einem Metalloxid wie Aluminiumoxid oder Titanoxid, aus einem Metallfluorid wie Calciumfluorid oder aus einem Siliziumoxid hergestellt oder bestehen daraus.
Bei dem in 6 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 ist die Versteifungsstruktur 8 an dem Gehäusekörper 3 vorgesehen. Die Versteifungsstruktur 8 umfasst zwei Innenwände 10a, 10b des Gehäusekörpers 3, welche angrenzend an den Anschlussträger 5 gekrümmt sind. Insbesondere weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 keinen quadratischen, sondern einen rechteckigen Grundriss auf mit einer langen und einer kurzen Seite (vgl. auch 8). Bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind die beiden gekrümmten Innenwände 10a, 10b an den langen Seiten des Halbleiterbauelements 1 angeordnet. Die Innenwände an den kurzen Seiten (nicht gezeigt) sind vorzugsweise nicht gekrümmt. Durch den gekrümmten Verlauf ist die Kontaktfläche zwischen Gehäusekörper 3 und Anschlussträger 5 vorteilhaft erhöht, so dass das Gehäuse 2 besser versteift ist als bei einem geraden Verlauf der Innenwände.
Das in 7 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist einen massiveren Gehäusekörper 3 auf als die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele. Die Versteifungsstruktur 8 ist also am Gehäusekörper 3 vorgesehen. Die Wandhöhe h ist größer als bei. den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und beträgt vorzugsweise zwischen 0.6 mm und 0.7 mm. Dadurch ist das Widerstandsmoment gegen Biegung vorteilhaft erhöht. Die Wandstärke s kann wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen 0.25 mm betragen. Die Wandschräge α der Innenwand 10 beträgt beispielsweise zwischen 2° und 3°.
Bei dem in 8 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 weist das Gehäuse 2 einen rechteckigen, nicht-quadratischen Grundriss auf. Die Wandstärke s1 an der kurzen Seite ist kleiner als die Wandstärke s2 an der langen Seite. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsstruktur 8 am Gehäusekörper 3 vorgesehen. Die Versteifungsstruktur 8 umfasst die Innenwand 10 des Gehäusekörpers 3, wobei die Innenwand 10 stellenweise gekrümmt ist. In der Vertiefung 4 ist der Gehäusekörper 3 an den Ecken abgerundet, so dass die Innenwand 10 in den Eckbereichen gekrümmt ist. Durch die in den Eckbereichen angeordnete Versteifungsstruktur 8 kann die Kontaktfläche zwischen Gehäusekörper 3 und Anschlussträger vorteilhaft erhöht werden.
Das in 9 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist wie das in 8 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 einen rechteckigen, nicht-quadratischen Grundriss auf. Die Versteifungsstruktur 8 ist am Anschlussträger 5 vorgesehen. Die Versteifungsstruktur 8 umfasst zwei streifenförmige Erhebungen, die den Zwischenraum 11 überspannen. Die streifenförmigen Erhebungen sind aus dem Gehäusematerial gebildet. Durch die beiden streifenförmigen Erhebungen, die quer zu der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussträgerteil 5a, 5b verlaufenden Trennlinie angeordnet sind, ist das Gehäuse 2 vorteilhaft versteift.
Auch das in 10 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist wie die in den 8 und 9 dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 einen rechteckigen, nicht-quadratischen Grundriss auf. Bei dem neunten Ausführungsbeispiel umfasst die Versteifungsstruktur 8 den Zwischenraum 11, der in Draufsicht auf den Anschlussträger 5 krummlinig ausgebildet. Der Zwischenraum 11 weist in Draufsicht eine Wellenform auf. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls die Gefahr von Rissbildungen entlang der Trennlinie reduziert werden. Die beiden Anschlussträgerteile 5a, 5b weisen hierbei jeweils eine dem Zwischenraum 11 zugewandte krummlinige Kante auf. Dies vergrößert die Kontaktfläche zwischen den Anschlussträgerteilen 5a, 5b und dem Gehäusematerial.
Bei dem in 11 dargestellten zehnten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 umfasst die Versteifungsstruktur 8 zwei in Draufsicht krummlinig ausgebildete Zwischenräume 11. Die Zwischenräume 11 sind in Draufsicht abgewinkelt ausgebildet und weisen die Form eines „L”s auf. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls die Gefahr von Rissbildungen entlang der Trennlinie reduziert werden.
Der Anschlussträger 5 umfasst bei dem zehnten Ausführungsbeispiel drei Anschlussträgerteile 5a, 5b, 5c, die durch die Zwischenräume 11 voneinander getrennt sind. Die jeweiligen an die Zwischenräume 11 angrenzenden Kanten der Anschlussträgerteile 5a, 5b, 5c sind krummlinig ausgebildet. Dies vergrößert die Kontaktfläche zwischen den Anschlussträgerteilen 5a, 5b, 5c und dem Gehäusematerial.
Der Halbleiterchip 7 ist mit einer Kantenlänge von ≥ 1 mm vergleichsweise groß ausgebildet. Mittels des ersten Kontaktbereichs 6a ist der Halbleiterchip 7 unterseitig elektrisch angeschlossen. Vorteilhafterweise ist der Halbleiterchip 7 oberseitig mittels der beiden Leiter 9 elektrisch angeschlossen, wobei der eine Leiter 9 zu dem zweiten Kontaktbereich 6b und der andere Leiter 9 zu dem dritten Kontaktbereich 6c führt. Die beiden Leiter 9 ersetzen einen dickeren Leiter, der zur Versorgung des größeren Halbleiterchips 7 nötig wäre.
12 verdeutlicht die der Patentanmeldung zugrunde liegende Problematik, die bei Halbleiterbauelementen 1 mit einer Silikon-Pressmasse auftritt. Nach der Vereinzelung der im Verbund hergestellten Halbleiterbauelemente 1 entstehen beim Abnehmen der Halbleiterbauelemente 1 von einer Sägefolie Risse aufgrund der Brüchigkeit der Silikon-Pressmasse (s. Pfeile). Durch die mindestens eine Versteifungsstruktur, wie vorliegend beschrieben, kann diesem Problem, begegnet werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend – ein Gehäuse (2), das einen Gehäusekörper (3) mit einer Vertiefung (4) und einen Anschlussträger (5) mit einem ersten Anschlussträgerteil (5a) und einem zweiten Anschlussträgerteil (5b) aufweist, – einen optoelektronischen Halbleiterchip (7), der in der Vertiefung (4) und auf dem Anschlussträger (5) angeordnet ist, und – mindestens eine Versteifungsstruktur (8) zur Verbesserung der Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1), wobei der Gehäusekörper (3) aus einem Gehäusematerial gebildet ist, das Silikon enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Gehäusematerial eine Silikon-Matrix und einen Füllstoff enthält, der in die Silikon-Matrix eingebettet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2, wobei das Gehäusematerial zwischen 80 Gew.-% und 90 Gew.-% Füllstoff enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Füllstoff Titandioxid oder ein mineralischer Stoff, insbesondere ein Glas wie Siliziumdioxid, oder eine Kombination dieser Materialien ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Anschlussträgerteil (5a) und das zweite Anschlussträgerteil (5b) durch einen Zwischenraum (11) voneinander getrennt sind, in welchem das Gehäusematerial angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 5, wobei der Anschlussträger (5) ein drittes Anschlussträgerteil (5c) aufweist, das durch einen weiteren Zwischenraum (11), in welchem das Gehäusematerial angeordnet ist, von dem ersten Anschlussträgerteil (5a) getrennt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsstruktur (8) an dem Gehäusekörper (3) vorgesehen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsstruktur (8) mindestens eine Erhebung auf dem Gehäusekörper (3) und/oder eine Innenwand (10, 10a, 10b) des Gehäusekörpers (3) umfasst, welche zumindest stellenweise gekrümmt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsstruktur (8) das Gehäusematerial enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Versteifungsstruktur (8) an dem Anschlussträger (5) vorgesehen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10, wobei die Versteifungsstruktur (8) mindestens einen Durchbruch umfasst, der in dem Anschlussträger (5) angeordnet ist und mit dem Gehäusematerial gefüllt ist, wobei sich der Durchmesser des Durchbruchs in Dickenrichtung des Anschlussträgers (5) ändert.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10 oder 11 im Rückbezug auf Anspruch 5 oder 6, wobei die Versteifungsstruktur (8) mindestens eine Erhebung umfasst, die den mindestens einen Zwischenraum (11) überspannt und innerhalb der Vertiefung (4) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 im Rückbezug auf Anspruch 5 oder 6, wobei die Versteifungsstruktur (8) den mindestens einen Zwischenraum (11) umfasst, der in Draufsicht auf den Anschlussträger (5) krummlinig ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Versteifungsstruktur (8) an dem Gehäusekörper (3) und mindestens eine Versteifungsstruktur (8) an dem Anschlussträger (5) vorgesehen sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anschlussträger (5) nicht über den Gehäusekörper (3) hinausragt.