DE20306928U1 - Elektromagnetische Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement und Gehäuse-Grundkörper für ein derartiges Bauelement - Google Patents

Elektromagnetische Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement und Gehäuse-Grundkörper für ein derartiges Bauelement Download PDF

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Abstract

Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement mit mindestens einem Strahlung aussendenden und/oder empfangenden Halbleiterchip (1), der in einer Ausnehmung (2) eines Gehäuse-Grundkörpers (3) angeordnet ist und dort mit einer Umhüllungsmasse (4) eingekapselt ist, die für eine vom Halbleiterchip (1) ausgesandte und/oder empfangene elektromagnetische Strahlung gut durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Ausnehmung (2) eine Chipwanne (21), in der der Halbleiterchip (1) befestigt ist, und einen die Chipwanne (21) innerhalb der Ausnehmung (2) zumindest teilweise umlaufenden Graben (22) aufweist, derart, dass zwischen der Chipwanne (21) und dem Graben (22) der Gehäuse-Grundkörper (3) eine Wand (23) aufweist, deren Scheitel gesehen von einer Bodenfläche der Chipwanne (21) unterhalb des Niveaus derjenigen Oberfläche des Gehäuse-Grundkörpers (3) liegt, von der aus die Ausnehmung (2) in den Gehäuse-Grundkörper (3) führt, und
– die Umhüllungsmasse (4) von der Chipwanne (21) aus über die Wand in den Graben (22) greift.

Description

  • Elektromagnetische Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement und Gehäuse-Grundkörper für ein derartiges Bauelement Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetische Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 und auf einen Gehäuse-Grundkörper gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 14.
  • Sie bezieht sich insbesondere auf ein oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement, insbesondere auf Leiterrahmen(Leadframe)-Basis, bei dem der Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines Gehäuse-Grundkörpers angeordnet und dort befestigt ist. Der Gehäuse-Grundkörper ist vorzugsweise vorgefertigt, bevor der Halbleiterchip in die Ausnehmung montiert wird.
  • Solche Halbleiter-Bauelemente sind beispielsweise aus Siemens Components 29 (1991) Heft 4, Seiten 147 bis 149 bekannt. Herkömmlich werden als Umhüllungsmasse beispielsweise auf Epoxidharz basierende Vergußmaterialien verwendet. Derartige Vergußmaterialien sind aber oftmals anfällig gegenüber UV-Strahlung.
  • Um die UV-Beständigkeit von strahlungsemittierenden und/oder strahlungsempfangenden optoelektronischen Halbleiterbauelementen zu verbessern ist die Verwendung von Umhüllungsmassen aus Silikonharz vorgeschlagen. Diese bringen aber die Schwierigkeit mit sich, dass sie mit den herkömmlich verwendeten Materialien für den Gehäuse-Grundkörper keine so feste Bindung eingehen, wie es beispielsweise Epoxidharz tut. Deshalb besteht bei der Verwendung von Silikonharz als Umhüllungsmasse eine erhöhte Gefahr, dass bei mechanischer oder thermischer Belastung zwischen Gehäuse-Grundkörper und Umhüllungs masse Delamination auftritt, die am oberen Rand der Ausnehmung startet und sich in die Ausnehmung hinein fortpflanzt. Dies führt zu einem Lichtverlust aufgrund zusätzlicher reflektierender Flächen im Delaminationsbereich. Zudem kann es im schlimmsten Fall zur völligen Ablösung der Chipumhüllung aus dem Gehäuse-Grundkörper kommen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art, insbesondere ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem trotz Verwendung einer Umhüllungsmasse, deren Bindung zum Gehäuse-Grundkörper gegenüber mechanischer Belastung stark anfällig ist, die Gefahr einer Delamination zwischen Umhüllungsmasse und Gehäuse-Grundkörper verringert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patenanspruches 1 beziehungsweise durch einen Gehäuse-Grundkörper mit den Merkmalen des Schutzanspruches 14 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Halbleiterbauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13 und 15 bis 20.
  • Bei einem Halbleiterbauelement beziehungsweise einem Gehäuse-Grundkörper gemäß der Erfindung weist die Ausnehmung eine Chipwanne auf, in der der Halbleiterchip befestigt ist und ist die Chipwanne innerhalb der Ausnehmung zumindest teilweise, das heißt über einen Teil des Umfangs der Chipwanne, von einem Graben umgeben. Zwischen der Chipwanne und dem Graben ist folglich eine Wand des Gehäuse-Grundkörpers ausgebildet. Der Scheitel der Wand liegt gesehen von einer Bodenfläche der Chipwanne insgesamt unterhalb des Niveaus der Vorderseite des Gehäuse-Grundkörpers. Die Vorderseite ist hierbei diejenige äußere Oberfläche des Gehäuse-Grundkörpers, von der aus die Ausnehmung in den Gehäuse-Grundkörper eindringt, das heißt, ist die Seite des Bauelements, über die elektromagnetische Strahlung emittiert und/oder empfangen wird.
  • Bei dem Halbleiterbauelement ist die Umhüllungsmasse derart in die Ausnehmung gefüllt, dass sie von der Chipwanne aus über die Wand in den Graben greift. Im Graben ist einstückig mit der übrigen Umhüllungsmasse ein zumindest teilweise umlaufender Dichtring aus Umhüllungsmaterial ausgebildet. Vorzugsweise basiert die Umhüllungsmasse auf Silikon und weist diese eine gelartige Konsistenz aufweist.
  • Bei einer besonders vorteilhaften und daher besonders bevorzugten Ausführungsform des Bauelements beziehungsweise des Gehäuse-Grundkörpers ist an der Wand mindestens ein Verankerungselement, vorzugsweise in Form einer an den Gehäuse-Grundkörper angeformten Nase oder Rippe oder in Form einer Furche ausgebildet.
  • Bei einer Mehrzahl von Verankerungselementen sind diese vorzugsweise gleichmäßig, das heißt mit im Wesentlichen gleichen Abständen untereinander, um die Chipwanne herum auf der Wand verteilt. Die Umhüllungsmasse überspannt vorzugsweise das (die) Verankerungselement(e). Der Füllstand innerhalb der Ausnehmung ist insbesondere so hoch, dass die Umhüllungsmasse eine im wesentlichen plane Vorderseite aufweist. Dies erleichtert die Weiterverarbeitung der Bauelement mittels herkömmlicher Pick-and-Place-Vorrichtungen.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Bauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers ist die Umhüllungsmasse schlaufenartig um das (die) Verankerungselement(e) gelegt ist, derart, dass das (die) Verankerungselement(e) zumindest teilweise aus der Umhüllungsmasse herausragt (herausragen). Damit kann der mechanische Zug auf den Verankerungsbereich im Graben nochmals reduziert werden.
  • Die Umhüllungsmasse bildet besonders bevorzugt im Graben eine durchgängigen Dichtring um die Chipwanne aus.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform des Bauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers ist die Chipwanne als Reflektorwanne für die vom Halbleiterchip ausgesandte und/oder empfangene Strahlung ausgebildet.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Bauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers ist der Gehäuse-Grundkörper an einem metallischen Leiterrahmenband (Leadframeband) mittels Spritzen oder Pressen vorgefertigt.
  • In die Umhüllungsmasse kann auf einfache Weise mit mindestens einem Leuchtstoffmaterial eingemischt werden, das einen Teil der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung absorbiert und Strahlung mit im Vergleich zur absorbierten Strahlung geänderter Wellenlänge emittiert. Dadurch können auf einfache Weise Leuchtdiodenbauelemente hergestellt werden, die mischfarbiges Licht oder farbangepaßtes Licht aussenden.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Bauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers weist die Wand mindestens eine Aussparung auf, durch die mindestens ein Chipanschlußdraht vom Halbleiterchip zu einem Drahtanschlußbereich eines elektrischen Anschlussleiters des Bauelements geführt ist.
  • Bei einem Bauelement gemäß der Erfindung ist es für eine zuverlässige Funktion vorteilhafterweise nicht notwendig, die Umhüllungsmasse beispielsweise mittels einer linsenartigen Abdeckung, wie sie in der US 6,274,924 beschrieben ist, oder mittels eines anderen Abdeckmittels auf dem Gehäuse-Grundkörper zu schützen.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Bauelements bzw. des Gehäuse-Grundkörpers ergeben sich aus den im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
  • 1, eine schematische Darstellung einer Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements,
  • 2, eine schematische Darstellung einer Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements,
  • 3, eine schematische Darstellung einer Schnittansicht des Gehäuse-Grundkörpers der beiden Ausführungsbeispiele,
  • 4, eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Gehäuse-Grundkörper beider Ausführungsbeispiele, und
  • 5, eine perspektivische Ansicht eines Leuchtdioden(LED)-Gehäuse-Grundkörpers gemäß der Erfindung für ein oberflächenmontierbares LED-Bauelement.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Bei dem in 1 schematisch dargestellten Bauelement handelt es sich um ein oberflächenmontierbares Leuchtdiodenbauelement mit einem gegebenenfalls unter anderem W-Strahlung emittierenden Leuchtdiodenchip 1, beispielsweise einen GaNbasierten sichtbares blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip, der gewollt oder nicht gewollt auch UV-Strahlung emittiert.
  • Der Leuchtdiodenchip 1 ist auf einem elektrischen Chipanschlußteil eines metallischen Leiterrahmens (Leadframe) 6 montiert und über einen Bonddraht 5 mit einem Drahtanschlußbereich 51 eines vom Chipanschlußteil 62 elektrisch getrenn ten elektrischen Drahtanschlußteiles 61 des Leiterrahmens 6 verbunden.
  • Am Leiterrahmen befindet sich ein beispielsweise aus Kunststoff spritzgegossener oder spritzgepresster Gehäuse-Grundkörper (3) mit einer Ausnehmung 2. Die Ausnehmung 2 weist eine Chipwanne 21 auf, in der sich der Leuchtdiodenchip 1 befindet. Um die Chipwanne 21, die vorliegend als Reflektorwanne für eine vom Leuchtdiodenchip 1 ausgesandte elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, verläuft ein Graben 22 (in 3 durch die strichpunktierte Linie 220 angedeutet), so dass zwischen der Chipwanne 21 und diesem Graben 22 eine Wand 23 (in 3 durch die strichpunktierte Linie 230 angedeutet), ausgebildet ist.
  • Die Wand 23 weist an einer Stelle eine Aussparung 52 zum Drahtanschlußbereich 51 hin auf, durch den der Bonddraht 5 zum Drahtanschlußbereich 51 hin geführt ist.
  • Auf der Wand 23 ist eine Mehrzahl von Zugentlastungselementen 24 in Form von Nasen oder Rippen ausgebildet, die bis auf den Bereich, wo die Ausnehmung für den Bonddraht 5 ist, beispielsweise gleichmäßig um die Chipwanne 21 herum auf der Wand 23 verteilt sind. Die Zugentlastungselemente 24 beginnen am oberen Auslauf der Wand 23 und stehen nur zum Teil in den Graben 22 hinein, so dass, gesehen von der Chipwanne 21 hinter den Zugentlastungselementen 24 der Graben 22 durchgehend umlaufend ist.
  • Der Scheitel der Wand 23 einschließlich der Zugentlastungselemente 24 liegt, gesehen vom Boden der Chipwanne 21 aus, über die gesamte Länge der Wand 23 unterhalb der Höhe der Vorderseite 31 des Gehäuse-Gruridkörpers 3.
  • Gehäuse-Grundkörper 3, Wand 23 und Zugentlastungselemente 24 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet (man vergleiche die
  • 3, 4 und 5) und werden in einem einzigen Spritzgußoder Spritzpressvorgang ausgebildet.
  • In der Ausnehmung 2 befindet sich eine Umhüllungsmasse 4 aus strahlungsdurchlässigem, beispielsweise klarem, gelartigem Vergußmaterial auf Silikonbasis, der ein Leuchtstoffpulver 7, beispielsweise ein auf YAG:Ce, auf TbAG:Ce oder auf TbYAG:Ce basierender Leuchtstoff beigemischt ist. Solche Leuchtstoffe sind beispielsweise aus der WO 98/12757 und aus der WO 01/08452 bekannt, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Umhüllungsmasse 4 füllt die gesamte Ausnehmung 2, weist eine nahezu plane freie Oberfläche auf und bildet im Graben 22 einen Dichtring 41 aus.
  • Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die Ausnehmung 4 nicht so hoch mit Umhüllungsmasse 4 gefüllt ist, dass die Zugentlastungselemente vollständig von dieser überdeckt sind, sondern dass die Zugentlastungselemente 24 die Umhüllungsmasse 4 durchdringen. Die Umhüllungsmasse 4 ist folglich schlaufenartig um die Zugentlastungselemente 24 gelegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist beispielhaft eine klare Umhüllungsmasse 4 auf Silikonbasis ohne Leuchtstoff vorgesehen.
  • Den Ausführungsbeispielen entsprechende Gehäusegrundkörper und Umhüllungsmassen können auch für strahlungsempfangende Halbleiterchips, wie Photodiodenchips, eingesetzt werden. An die Stelle des Leuchtdiodenchips 1 kann dann der Photodiodenchip treten.
  • Die Erläuterung der erfindungsgemäßen technischen Lehre anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese zu verstehen. Vielmehr nutzen beispielsweise sämtliche Bauelemente und Gehäuse-Grundkörper die erfindungsgemäße technische Lehre, die eine Chipwanne und einen zumindest teilweise um die Chipwanne um laufenden Graben aufweisen, in den zur Verminderung des Risikos einer Delamination zwischen Chip-Einkapselungsmasse und Gehäuse-Grundkörper die Einkapselungsmasse von der Chipwanne aus übergreift.

Claims (20)

  1. Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement mit mindestens einem Strahlung aussendenden und/oder empfangenden Halbleiterchip (1), der in einer Ausnehmung (2) eines Gehäuse-Grundkörpers (3) angeordnet ist und dort mit einer Umhüllungsmasse (4) eingekapselt ist, die für eine vom Halbleiterchip (1) ausgesandte und/oder empfangene elektromagnetische Strahlung gut durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß – die Ausnehmung (2) eine Chipwanne (21), in der der Halbleiterchip (1) befestigt ist, und einen die Chipwanne (21) innerhalb der Ausnehmung (2) zumindest teilweise umlaufenden Graben (22) aufweist, derart, dass zwischen der Chipwanne (21) und dem Graben (22) der Gehäuse-Grundkörper (3) eine Wand (23) aufweist, deren Scheitel gesehen von einer Bodenfläche der Chipwanne (21) unterhalb des Niveaus derjenigen Oberfläche des Gehäuse-Grundkörpers (3) liegt, von der aus die Ausnehmung (2) in den Gehäuse-Grundkörper (3) führt, und – die Umhüllungsmasse (4) von der Chipwanne (21) aus über die Wand in den Graben (22) greift.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse (4) Silikon enthält.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse (4) eine gelartige Konsistenz aufweist.
  4. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (23) mindestens ein Verankerungselement (24) ausgebildet ist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (23) verteilt, insbesondere gleichmäßig um die Chipwanne an der Wand verteilt, eine Mehrzahl von Verankerungselementen (24) angeordnet sind.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Verankerungselement(e) (24) als aus der Wand herausragende Verankerungsnase(n) oder -rippe(n) ausgebildet ist (sind) und die Umhüllungsmasse (4) schlaufenartig um das (die) Verankerungselement(e) (24) gelegt ist, derart, dass das (die) Verankerungselement(e) (24) zumindest teilweise aus der Umhüllungsmasse (4) herausragt (herausragen).
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Verankerungselement(e) als aus der Wand herausragende Verankerungsnase(n) oder -rippe(n) ausgebildet ist (sind) und die Umhüllungsmasse (4) das (die) Verankerungselement(e) überspannt.
  8. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse (4) im Graben (22) einen durchgängigen Dichtring (41) um die Chipwanne (21) ausbildet.
  9. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipwanne (21) als Reflektorwanne für die vom Halbleiterchip ausgesandte und/oder empfangene Strahlung ausgebildet ist.
  10. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuse-Grundkörper (3) an einem metallischen Leiterrahmen (6) mittels Spritzen oder Pressen vorgefertigt ist.
  11. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Umhüllungsmasse (4) mindestens ein Leuchtstoffmaterial (7) eingemischt ist, das einen Teil der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung absorbiert und Strahlung mit im Vergleich zur absorbierten Strahlung geänderter Wellenlänge emittiert.
  12. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand mindestens eine Aussparung (52) aufweist, durch die mindestens ein Chipanschlußdraht (5) vom Halbleiterchip (1) zu einem Drahtanschlußbereich (51) eines elektrischen Anschlussleiters (61) des Bauelements geführt ist.
  13. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip UV-Strahlung emittiert.
  14. Gehäuse-Grundkörper insbesondere für ein Strahlung aussendendes und/oder empfangendes Halbleiter-Bauelement mit mindestens einem Strahlung aussendenden und/oder empfangenden Halbleiterchip mit einer Ausnehmung (2) für den Halbleiterchip (1), in der der Halbleiterchip mit einer Umhüllungsmasse eingekapselt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß – die Ausnehmung (2) eine Chipwanne (21), in der der Halbleiterchip (1) befestigt ist, und einen die Chipwanne (21) innerhalb der Ausnehmung (2) zumindest teilweise umlaufenden Graben (22) aufweist, derart, dass zwischen der Chipwanne (21) und dem Graben (22) der Gehäuse-Grundkörper (3) eine Wand (23) aufweist, deren Scheitel gesehen von einer Bodenfläche der Chipwanne (21) unterhalb des Niveaus derjenigen Oberfläche des Gehäuse-Grundkörpers (3) liegt, von der aus die Ausnehmung (2) in den Gehäuse-Grundkörper (3) führt.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (23) mindestens ein Verankerungselement (24) ausgebildet ist.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (23) verteilt, insbesondere gleichmäßig um die Chipwanne an der Wand verteilt, eine Mehrzahl von Verankerungselementen (24) angeordnet sind.
  17. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben (23) von der Chipwanne (21) aus gesehen hinter den Verankerungselementen (24) durchgängig ist, derart, dass eine Umhüllungsmasse (4) im Graben (22) einen durchgängigen Dichtring (41) um die Chipwanne (21) ausbilden kann.
  18. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipwanne (21) als Reflektorwanne für die vom Halbleiterchip ausgesandte und/oder empfangene Strahlung ausgebildet ist.
  19. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuse-Grundkörper (3) an einem metallischen Leiterrahmen (6) mittels Spritzen oder Pressen vorgefertigt ist.
  20. Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand mindestens eine Aussparung aufweist, durch die mindestens ein Chipanschlußdraht (5) von einem Halbleiterchip (1) zu einem Drahtanschlußbereich (51) eines elektrischen Anschlussleiters (61) des Bauelements geführt werden kann.
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