WO2009103285A1 - Optoelektronisches bauteil - Google Patents

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WO2009103285A1
WO2009103285A1 PCT/DE2009/000251 DE2009000251W WO2009103285A1 WO 2009103285 A1 WO2009103285 A1 WO 2009103285A1 DE 2009000251 W DE2009000251 W DE 2009000251W WO 2009103285 A1 WO2009103285 A1 WO 2009103285A1
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semiconductor chip
connection carrier
potting body
connection
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Harald Jaeger
Herbert Brunner
Albert Schneider
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • An optoelectronic component with a semiconductor chip and a potting body is specified.
  • Optoelectronic components such as light emitting diodes or photodiodes have found a wide technical use and entry into everyday life. Some aspects that have contributed to the dissemination of such components are their high efficiency, resistance to external environmental influences such as mechanical stress or moisture and heat, long life, compact design and various design options, and this at relatively low production costs. Often crucial for these properties is the house or the housing of the optoelectronic device. In particular, the house is therefore placed great value in the rule.
  • One problem to be solved is to specify an optoelectronic component which is particularly resistant to aging.
  • this comprises at least one optoelectronic semiconductor chip with a thickness of at most 200 ⁇ m.
  • the thickness of the semiconductor chip is at most 150 ⁇ m.
  • the semiconductor chip may be formed, for example, as described in the publication WO 2005 / 081319A1, the disclosure content of which is described with regard to the semiconductor chip described there and to the semiconductor chip described therein manufacturing method hereby incorporated by reference.
  • the contact surfaces of the semiconductor chip for its electrical contacting can be located, for example, on one side of the semiconductor chip, so that the semiconductor chip is designed as a flip-chip, or be mounted on two opposite sides.
  • the semiconductor chip comprises an active layer, which is provided for radiation generation or radiation detection.
  • the active layer of the semiconductor chip may be based on, for example, GaN or GaAs. Likewise, GaP-based active layer sequences are possible.
  • the semiconductor chip can be designed approximately as a light-emitting diode, laser diode or photodiode.
  • the semiconductor chip is configured mechanically self-supporting. That is, it can be handled, for example, with tweezers or another suitable tool, in particular placed on a connection carrier.
  • the latter contains a connection carrier with at least two electrical connection points for electrical contacting of the semiconductor chip.
  • a connection carrier with at least two electrical connection points for electrical contacting of the semiconductor chip.
  • Connection carrier also electrical lines that serve approximately for the power supply of the semiconductor chip.
  • the main body of the connection carrier may be formed, for example, from a ceramic, a glass or a metal. Plastic-based connection carriers are also possible.
  • the connection carrier preferably has a high thermal conductivity in order to be able to dissipate good heat to the outside during the operation of the semiconductor chip.
  • the connection side of the Connection carrier, on which the semiconductor chip can be mounted, may be just designed or structurings, such as acting as a kind of reflector wells, which are provided for receiving the semiconductor chips.
  • this comprises a potting body.
  • the potting body surrounds the semiconductor chip at least in places.
  • the potting body is preferably made of a material which is at least partially permeable in the relevant for the operation of the semiconductor chip electromagnetic spectral range.
  • the potting body may for example be made of a silicone or epoxy resin or a silicone-epoxy hybrid material.
  • the potting body is preferably resistant to aging with respect to the electromagnetic radiation to be emitted or received by the semiconductor chip, and is also resistant to aging with respect to the thermal occurring during operation of the semiconductor chip
  • the potting body may be shaped like a lens, for example.
  • “Lens-like” here means that the potting body does not have to have the exact geometric shape or surface of a lens, but has for example a convex, directed away from the connection carrier curvature.
  • “Lens-like” includes, for example, Fresnel-like structuring of the outer surface of the potting with a ,
  • connection carrier the semiconductor chip is applied directly to the connection carrier. This means that except for a connecting means, such as an electric conductive adhesive or a solder, no other components or materials between the semiconductor chip and electrical connection points of the connection carrier are located.
  • a connecting means such as an electric conductive adhesive or a solder
  • the optoelectronic device of the potting body is in direct contact ⁇ for connection carrier.
  • no further material such as, for example, a film or an adhesive layer is attached between the connection side of the connection carrier and the potting body at at least one point.
  • the potting body is also in direct contact with the semiconductor chip.
  • the potting body is preferably only in direct contact with the connection carrier and the semiconductor chip.
  • the optoelectronic component contains at least one optoelectronic semiconductor chip with a thickness of at most 200 ⁇ m as well as a connection carrier with at least two electrical connection points for the electrical
  • the semiconductor chip is applied directly to the connection carrier and in places surrounded by a potting body.
  • the potting body is also in direct contact with the connection carrier.
  • Such an optoelectronic component is easy to manufacture, inexpensive to produce, has good optical properties and is aging-resistant.
  • the semiconductor chip is designed as a flip chip. That is, the contact surfaces of the semiconductor chip for electrical contacting are located on a main side of the semiconductor chip. Preferably, the two electrical contacts of the chip are located on the side of the semiconductor chip facing the connection carrier. If a flip-chip is used, the electrical contacting of the chip is simplified.
  • the potting body is designed with a material that has a lower hardness than Shore A 90.
  • the hardness of the material forming the potting body is preferably less than Shore A 80.
  • Shore A 0 corresponds to the lowest hardness
  • Shore A 100 corresponds to the highest hardness.
  • the component described here is based inter alia on the following finding.
  • Potting bodies of, for example, silicone have typical thermal expansions in the range from about 150 ppm per Kelvin to 300 ppm per Kelvin.
  • the thermal expansion of the semiconductor chip is on the order of 5 ppm per Kelvin and is therefore considerably lower.
  • the thermal expansion, for example, of a ceramic connection carrier is comparable to that of a semiconductor chip at 15 to 20 ppm per Kelvin, but also deviates significantly from that of a silicone.
  • the temperature difference between the switched-off state and operation of the optoelectronic component can clearly exceed 100 Kelvin. Accordingly, significant thermal stresses can occur between the semiconductor chip and the potting body.
  • hybrid materials such as silicone-epoxy hybrid materials
  • they can also have a greater hardness than Shore A 80, for example between Shore A80 and Shore D 70, since their coefficient of thermal expansion is lower in comparison to silicones.
  • the thermal stresses decrease significantly when the thickness of the semiconductor chips is small, as described, for example, less than 200 microns.
  • the thermal stresses decrease significantly when the thickness of the semiconductor chips is small, as described, for example, less than 200 microns.
  • Semiconductor chips can thus significantly improve the aging stability of an optoelectronic device.
  • the potting body includes at least one
  • Admixture in the form of a reflection agent, filter medium, diffusion agent or conversion agent Admixture in the form of a reflection agent, filter medium, diffusion agent or conversion agent.
  • a reflection means for example in the form of reflective metal particles be added to the potting.
  • Filtering agents may consist of pigments or dyes.
  • Suitable diffusing agents are, for example, light-scattering particles of, for example, titanium dioxide or aluminum oxide.
  • Organic or inorganic luminescent phosphors for example, which convert at least part of the radiation to be emitted or to be received by the semiconductor chip into radiation of a different frequency can be used as the conversion agent.
  • Optically active or photonic crystals can also be used as conversion agents, for example for purposes of frequency doubling or frequency tripling.
  • the admixture is distributed inhomogeneously in the potting body.
  • the admixture is a conversion agent
  • its concentration above the central region of the side of the semiconductor chip facing away from the connection carrier, which, for example, forms a radiation passage area may be higher than at the edge regions.
  • uniform color distributions can be achieved over the entire radiation-emitting surface of a semiconductor chip.
  • the potting body is by means of compression molding, liquid transfer molding, liquid injection molding
  • connection carrier forms a part of the mold.
  • Compression molding is an effective way to create potting bodies for semiconductor chips.
  • the material for the potting body is introduced into the mold and the connection carrier is pressed into the material located in the mold.
  • solid, granular material for example hybrid materials, may also be used.
  • the material can also on the connection carrier and the
  • connection carrier Semiconductor chip are applied before closing the mold.
  • the sealing between the connection carrier and the casting mold can take place, for example, via a sealing film, which is removed after the compression molding process. If solid materials, for example pressed in tablet form, for example hybrid materials, are used, the casting body can also be produced by means of transfer molding.
  • liquid injection molding of semiconductor devices is described in the document WO 2005/017995 A1, casting of semiconductor devices in the document EP 1 589 569 A2 and liquid transfer molding of semiconductor integrated circuits in the document US 2002/0153637 Al.
  • the connection carrier is designed with a ceramic.
  • the connection carrier can be completely made of a ceramic or contain a ceramic ingredient.
  • the ceramic may be made of aluminum nitride or aluminum oxide.
  • the ceramic used has a high thermal conductivity.
  • the ceramic can be configured as a thin-film ceramic with thicknesses of less than 500 .mu.m, preferably less than 400 .mu.m, or designed as multilayer ceramic, in which, for example, different layers of ceramic alternate with different layers of conductive material, such as a metal.
  • a multilayer ceramic has one or more layer sequences, in which a ceramic and a tungsten paste are followed, for example, by 8 ⁇ m nickel and 1 ⁇ m gold.
  • the thin-film ceramic In the case of using a thin-film ceramic, this may be coated with copper. In order to achieve a high thermal conductivity and thus to reduce the thermal loads, the copper can be applied in a thick layer.
  • the thin-film ceramic viewed from the surface of the ceramic in the direction of the connection side or semiconductor chip, have the following layer sequence: about 0.05 ⁇ m to 0.3 ⁇ m titanium, about 50 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example 75 ⁇ m copper, about 1, 5 to 4 ⁇ m nickel, and about 0.3 to 1.1 ⁇ m gold.
  • the potting body comprises a plurality of layers. That is, for example, in different compression molding steps, a potting body can be created, the different layers, for example, from different
  • an innermost first layer which surrounds the semiconductor chip directly, may be about a soft silicone having a hardness less than Shore A 90, especially softer than Shore A 80, are used.
  • a conversion agent can be applied approximately in a uniform thickness.
  • a harder silicone with a Shore hardness between, for example, Shore A 80 and Shore D 60 can be used as the outermost layer in order to better protect the optoelectronic component against mechanical damage.
  • the outermost layer is preferably harder than Shore A 80, in particular harder than Shore D 60.
  • intermediate layers which, for example, comprise a further admixture, such as a filter medium, in a uniform layer thickness, or which imparts particular mechanical or chemical properties.
  • a further admixture such as a filter medium
  • the number of layers applied and any intermediate layers as well as the properties of the layers depend on the respective requirements and can be handled flexibly. Over several layers, the scope of an optoelectronic device can therefore be significantly expanded.
  • connection carrier is configured with a printed circuit board, in short PCB, a quad fiat pack, in short QFP or QFN, a flexible printed circuit board or a chip card material.
  • the listed connection carriers are widely used in conventional electronics and often consist of materials which have a comparable thermal expansion with the potting.
  • the use of these embodiments for the connection carrier for an optoelectronic component offers a simple possibility of electromagnetic radiation To connect emitting or receiving components with other non-optoelectronic electronic components and thus achieve a variety of circuit options, and can lead to an increase in the life of the component.
  • connection carrier has electrical vias or plated-through holes which are covered.
  • the covering of the vias can be done by the
  • the vias can be covered by electrically conductive, for example metallically shaped layers or by applied insulator layers. It is also possible that, in the event that the connection carrier is designed from a multilayer ceramic, the vias are located inside the connection carrier. Covered vias enable a robust optoelectronic component to withstand external influences.
  • connection carrier is designed to be at least partially radiation-transmissive.
  • the main body of the connection carrier may for example consist of a glass, a plastic or a ceramic, such as aluminum oxide.
  • electrical connection points or electrical lines this offers the opportunity to create a transparent optoelectronic device.
  • materials for transparent electrical lines, for example transparent conductive oxides, TCO short, such as indium tin oxide, suitable.
  • the connection carrier is designed to be at least partially reflecting. The reflective effect may be via admixtures, such as titanium dioxide particles, or an intrinsic property of the material used.
  • metallic layers or dielectrically reflecting layers, such as Bragg mirrors, applied to the connection carrier are possible. By a reflective acting connection carrier is emitted approximately from the component
  • a plurality of the semiconductor chips are arranged two-dimensionally on a connection carrier.
  • the individual semiconductor chips can each be surrounded by a separate potting body. It is also possible that a plurality of semiconductor chips are surrounded by a common potting body.
  • the two-dimensional arrangement may consist of a regular matrix-like grid or may be more irregular. For example, hexagonal arrangement patterns are possible. It can be identical semiconductor chips or different semiconductor chips use.
  • Semiconductor chips may preferably be used which emit red, green and blue light, for example, so that an overall white-emitting illumination device results, for example, in the backlighting of displays.
  • Component is this except for the connection carrier and the potting body housing-free.
  • the potting body can be designed in this case multilayer and contain admixtures.
  • Such an optoelectronic component comprises few components, is therefore inexpensive to produce and also has low geometric dimensions.
  • this is by means of a
  • connection points are designed so that an assembly of the component can be carried out by means of soldering.
  • optoelectronic components described here can be used are, for example, the backlighting of displays or display devices. Furthermore, the optoelectronic components described here can also be used in illumination devices for projection purposes, in headlights or directional spotlights, or for purposes of general lighting.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of an exemplary embodiment with Fresnel lens
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment with a multilayer ceramic
  • FIG. 4 shows a schematic sectional representation of an embodiment of a transparent arrangement
  • FIG. 5 shows a schematic sectional representation of a further exemplary embodiment
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment with a multilayer casting body
  • Figure 7 is a schematic sectional view (a) and a schematic plan view (b) of an embodiment with a plurality of semiconductor chips, and
  • Figure 8 is a schematic sectional view of an embodiment with a smart card substrate.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component.
  • a connection carrier 4 which is designed for example from a thin-film ceramic having a thickness of 380 microns, electrical conductor tracks 9, which are formed from a metal applied. From the conductor tracks 9 and the electrical connection points 5a, 5b are formed.
  • the side of a semiconductor chip 2 attached to the connection carrier 4 facing the connection carrier 4 is completely occupied by the associated connection point 5 a. That is, the radiation passage area 11 remote from the semiconductor chip 2 is entirely on the connection point 5a.
  • a bonding wire 8 is attached, which is the
  • Semiconductor chip 2 electrically conductively connects to a further connection point 5b.
  • the contacting surfaces of the semiconductor chip are thus located on two opposite sides.
  • the bonding wire 8 occupies only a small portion of the radiation passage area 11.
  • the tracks 9 cover only a small portion of the connection side 10th
  • a potting body 3 is applied such that this in direct contact with the
  • Terminal side 10 is, as well as the semiconductor chip 2 also in direct contact with the radiation passage area 11 and on chip edges 12 surrounds.
  • the chip flanks 12 are in this case formed by the side surfaces of the semiconductor chip 2, which connect the radiation passage area 11 with the side of the semiconductor chip 2 facing the connection carrier 4.
  • the potting body 3 is formed of a soft silicone.
  • connection carrier 4 is a mechanically flexible substrate.
  • the conductor tracks 9 are located in the interior of the connection carrier 4 and connect the optoelectronic semiconductor chip 2, for example, with a further, not shown, semiconductor chip located in the substrate, which can assume the activation of the optoelectronic semiconductor chip 2, for example.
  • the conductor tracks 9 are connected via vias 7 to the optoelectronic semiconductor chip 2.
  • the vias 7 form at the Connection side 10, the electrical connection points 5 off.
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 is designed, for example, as a surface emitter, so that the radiation essentially arises at or near the radiation passage area 11 and is emitted precisely at this point.
  • the potting body 3 is formed as a Fresnel lens. As a result, the height of the potting body 3 in the direction perpendicular to the connection side 10 is minimized. About the flat, space-saving design as a Fresnel lens also thermally induced voltages between potting 3 and optoelectronic semiconductor chip 2 can be reduced.
  • connection side 10 of the connection carrier 4 may not be designed flat, but instead have a type of depression in which the optoelectronic semiconductor chip 2 is located.
  • the trough can then from the potting 3 in
  • the conductor tracks 9 can be led to the connection side 10 or to a side of the connection carrier 4 facing away from the connection side.
  • the conductor tracks 9 can be configured for contacting by means of a surface mounting technique, SMT for short.
  • connection carrier 4 is designed from a multilayer ceramic.
  • a conductor 9a on the semiconductor chip 2 side applied a conductor 9b.
  • the conductor tracks 9a and 9b are electrically connected to the semiconductor chip 2 via vias 7a, 7b. Since the interconnects 9a, 9b are integrated into the connection carrier 4 or have no direct contact with the potting body 3, additional thermal stress possibly caused by the interconnects 9a, 9b can be reduced to the potting body 3, precisely by the use of a multilayer ceramic.
  • the semiconductor chip 2 is designed as a contactable by means of surface mount technology component, short SMT component.
  • the semiconductor chip 2 is connected to the electrical connection points 5 formed by the vias 7a, 7b, which are located on the connection side 10, via solder contacts.
  • the likewise lens-like designed potting 3 comprises an admixture 6, for example in the form of a diffuser, a conversion or a filter means. If the semiconductor chip 2 is designed, for example, as a photodiode, the spectral range to be received by the semiconductor chip 2 can be restricted in a simple manner by means of one or more filter media in the potting body 3, as required.
  • the semiconductor chip 2 is, as in the embodiment of Figure 2, designed as a flip-chip. Alternatively, it is also possible that the two not shown electrical contacting points of the semiconductor chip 2 on the side facing away from the connection carrier 4 of the
  • connection carrier 4 is formed from a transparent thermally conductive ceramic such as, for example, aluminum oxide.
  • the conductor tracks 9 and connection points 5 are also formed from a transparent material, such as, for example, indium tin oxide or another TCO or transparent conductive oxides.
  • the designed as a flip-chip semiconductor chip 2 is, for example, a so-called substratlose LED with a thickness of less than 10 microns. Due to the small thickness of the
  • Semiconductor chips 2 can be significantly reduced thermal stress between potting 3 and semiconductor chip 2. This has a positive effect on the aging stability of the optoelectronic component 1.
  • an admixture 6 in the form of a conversion agent is distributed inhomogeneous, indicated in Figure 4 by the hatching distances, so that over the central regions of the
  • Radiation passage area 11 is a higher concentration of the admixture 6 than in the edge regions of the potting body 3. This allows a uniform color radiation of the optoelectronic component 1.
  • connection carrier 4 is formed from a multilayer ceramic. Both conductor tracks 9 are located in the interior of the connection carrier 4, whereby, as in the exemplary embodiment according to FIG. 3, thermal loads on the potting body 3 are prevented by the conductor tracks 9.
  • the conductor tracks 9 are connected to the semiconductor chip 2 via vias 7, which also form the electrical connection points 5 on the connection side 10.
  • Semiconductor chip 2 is designed, for example, as a blue-emitting, GaN-based light-emitting diode.
  • the semiconductor chip 2 comprises one in comparison to the semiconductor chip 2 well thermally conductive ceramic plate 13, which is mixed with a phosphor and is located on the radiation passage area 11.
  • the phosphor converts the blue light emitted by the semiconductor chip 2 during operation at least in part, for example, into white mixed light.
  • Via the thermally conductive ceramic plate 13 a more uniform heat distribution at the radiation passage area 11 of the semiconductor chip 2 is ensured. As a result, thermally induced stresses between chip 2 and potting body 3 are also reduced.
  • the potting body 3 has an admixture 6 in the form of reflective particles, which concentrate on the areas of the potting body 3, which are aligned substantially parallel to the chip flanks 12. This causes approximately radiation emitted by the semiconductor chip 2 to leave the optoelectronic component 1 in a direction perpendicular to the connection side 10.
  • the reflective particles can be, for example, before the injection of the potting body 3 forming material in the corresponding
  • the potting body 3 comprises a plurality of onion-like layers 3a, 3b, 3c.
  • the innermost layer 3a which is in direct contact with the semiconductor chip 2, is formed of a soft silicone having a hardness lower than Shore A 70, for example.
  • the middle layer 3b includes, for example, a conversion agent or another admixture 6 in a uniform thickness.
  • Layer 3c is designed with a silicone of a greater hardness, approximately harder than Shore A 70, around the optoelectronic component 1 against external influences mechanically To make more robust and to achieve less stickiness and better shegles the silicone.
  • connection carrier 4 is made of a printed circuit board. As base material for printed circuit boards, the
  • the conductor tracks 9 are located on the side facing away from the semiconductor chip 2 side of the connection carrier 4.
  • the conductor tracks 9 are connected via vias 7 with the electrical connection points 5, which are located on the connection side 10, conducting.
  • the semiconductor chip 2 is applied to the connection points 5, for example via a conductive adhesive.
  • the connection points 5 are metallic and have a reflective effect on the semiconductor chip 2 to be received or emitted radiation.
  • the connection points 5 occupy a majority of the side of the semiconductor chip 2 facing the connection carrier 4, preferably more than 50%, in particular more than 80%.
  • the connection points 5 can be designed as reflectors with respect to the radiation to be emitted or received by the semiconductor chip 2.
  • the conductor tracks 9 may be covered by an insulator layer 14, for example of a glued-on plastic film or a lacquer layer. It is equally possible that the interconnects 9, depending on the complexity of the desired circuit, are also applied to both main sides of the connection carrier 4.
  • the multi-layer potting body 3 may be designed such that the various layers For example, have different optical refractive index. This can improve the quality of the optical image.
  • the embodiment shown in Figure 7a, 7b includes a plurality of semiconductor chips 2.
  • the non-illustrated electrical contact surfaces of the semiconductor chip 2 are located on the radiation passage area 11 and on the connection carrier 4 facing side of the semiconductor chip 2.
  • the connection carrier has a thickness of approximately 0.7 mm on.
  • the connection points 5 are formed by the ends of the electrical vias 7 located on the connection side 10.
  • the contact surfaces on the radiation passage area 11 are each contacted via a bonding wire 8 with a corresponding connection point 5.
  • the conductor tracks 9 are located on the side facing away from the semiconductor 2 of the connection carrier 4. About the conductor tracks 9, for example, a series connection of the semiconductor chips 2 can be realized.
  • a lens-like molded potting 3 is provided.
  • Potting body 3 each have a diameter of about 2 mm in plan view.
  • the diameters of the potting bodies 3 can also be chosen to be significantly smaller or significantly larger, depending on the specific requirements, in particular with regard to the quality of the optical imaging by the potting bodies 3.
  • a plurality of semiconductor chips 2 may be surrounded by a single potting body 3.
  • the potting body 3 can then have lens-like substructures.
  • Connection carrier 4 is preferably made of a material having a high thermal conductivity, in order to reduce the waste heat arising during operation of the semiconductor chip 2 or dissipate power loss well to the outside.
  • connection carrier 4 is designed as a chip card substrate and formed with an epoxy hard glass fiber fabric.
  • connection side 10 of the connection carrier 4 electrical connection points 5a, 5b are mounted.
  • the connection points 5a, 5b are made of copper and on the side facing away from the connection side 10 two layers coated with nickel and gold.
  • the connection points 5a, 5b can be connected via a surface mounting technique, SMT for short, to an external support or device (not shown in FIG. 8).
  • connection point 5 a the semiconductor chip 2 is attached by means of soldering in a recess of the connection carrier 4. From the radiation passage area 11 of the semiconductor chip 2, an electrical connection to the second connection point 5b is established via a bonding wire 8 and a further recess of the connection carrier 4.
  • a transparent lenticular potting body 3 made of a silicone or a hybrid material which covers the semiconductor chip 2 and the recesses.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils (1) beinhaltet dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) mit einer Dicke von höchstens 200ym sowie einen Anschlussträger (4) mit mindestens zwei elektrischen Anschlussstellen (5a, 5b, 9) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (2). Der Halbleiterchip (2) ist direkt auf den Anschlusstäger (4) aufgebracht und stellenweise von einem Vergusskörper (3) umgeben. Der Vergusskörper (3) steht ebenfalls in direktem Kontakt zum Anschlussträger (4). Ein solches optoelektronisches Bauteil (1) ist leicht zu fertigen, kostengünstig herzustellen, besitzt gute optische Eigenschaften und ist alterungsstabil.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauteil
Es wird ein optoelektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und einem Vergusskörper angegeben.
Optoelektronische Bauteile wie beispielsweise Leucht- oder Photodioden haben eine breite technische Verwendung und Einzug in den Alltag gefunden. Einige Gesichtspunkte, die der Verbreitung solcher Bauteile Vorschub leisteten, sind deren hohe Effizienz, Widerstandsfähigkeit gegen äußere Umwelteinflüsse wie etwa mechanische Belastungen oder Feuchtigkeit und Wärme, hohe Lebensdauer, kompakte Bauweise und vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeiten, und dies bei vergleichsweise geringen Fertigungskosten. Oft entscheidend für diese Eigenschaften ist die Hausung beziehungsweise das Gehäuse des optoelektronischen Bauteils. Auf insbesondere die Hausung wird daher in der Regel großer Wert gelegt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das besonders alterungsstabil ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Dicke von höchstens 200 μm. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke des Halbleiterchips höchstens 150 μm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform höchstens 100 μm, insbesondere weniger als 50 μm. Insbesondere kann der Halbleiterchip beispielsweise wie in der Druckschrift WO 2005/081319A1 beschrieben ausgeformt sein, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips sowie des dort beschriebenen Herstellungsverfahrens hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Die Kontaktflächen des Halbleiterchips zu dessen elektrischen Kontaktierung können sich beispielsweise auf einer Seite des Halbleiterchips befinden, so dass der Halbleiterchip als Flip-Chip ausgestaltet ist, oder auch auf zwei gegenüberliegenden Seiten angebracht sein.
Der Halbleiterchip umfasst eine aktive Schicht, die zur Strahlungserzeugung oder Strahlungsdetektion vorgesehen ist. Die aktive Schicht des Halbleiterchips kann beispielsweise auf GaN- oder GaAs-Basis beruhen. Ebenso sind auf GaP basierende aktive Schichtenfolgen möglich. Der Halbleiterchip kann etwa als Leuchtdiode, Laserdiode oder Photodiode ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist der Halbleiterchip mechanisch selbsttragend ausgestaltet. Das heißt, er kann zum Beispiel mit einer Pinzette oder einem anderen geeigneten Werkzeug gehandhabt, insbesondere auf einem Anschlussträger platziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils enthält dieses einen Anschlussträger mit mindestens zwei elektrischen Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Bevorzugt beinhaltet der
Anschlussträger ebenfalls elektrische Leitungen, die etwa zur Stromversorgung des Halbleiterchips dienen. Der Grundkörper des Anschlussträgers kann beispielsweise aus einer Keramik, einem Glas oder einem Metall geformt sein. Auf Kunststoff basierende Anschlussträger sind ebenso möglich. Bevorzugt weist der Anschlussträger eine hohe thermische Leitfähigkeit auf, um im Betrieb des Halbleiterchips entstehende Abwärme gut nach außen abführen zu können. Die Anschlussseite des Anschlussträgers, auf der der Halbleiterchip angebracht werden kann, kann eben ausgestaltet sein oder Strukturierungen aufweisen, wie beispielsweise als eine Art Reflektor wirkende Mulden, die zur Aufnahme der Halbleiterchips vorgesehen sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen Vergusskörper. Der Vergusskörper umgibt den Halbleiterchip zumindest stellenweise. Der Vergusskörper ist bevorzugt aus einem Material gestaltet, das im für den Betrieb des Halbleiterchips relevanten elektromagnetischen Spektralbereich zumindest teilweise durchlässig ist. Der Vergusskörper kann beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz oder einem Silikon-Epoxid-Hybrid-Material gestaltet sein. Vorzugsweise ist der Vergusskörper alterungsstabil gegenüber der vom Halbleiterchip zu emittierenden oder zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung, und ebenso alterungsstabil gegenüber der im Betrieb des Halbleiterchips auftretenden thermischen
Belastungen. Der Vergusskörper kann zum Beispiel linsenartig geformt sein. „Linsenartig" bedeutet hierbei, dass der Vergusskörper nicht die exakte geometrische Form beziehungsweise Oberfläche einer Linse aufweisen muss, sondern beispielsweise über eine konvexe, vom Anschlussträger weg gerichtete Krümmung verfügt. „Linsenartig" schließt auch beispielsweise Fresnel-artige Strukturierung der Außenfläche des Vergusskörpers mit ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen
Bauteils ist der Halbleiterchip direkt auf den Anschlussträger aufgebracht. Das bedeutet, dass sich bis auf ein Verbindungsmittel, wie beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Kleber oder einem Lot, keine weiteren Komponenten beziehungsweise Materialien zwischen Halbleiterchip und elektrischen Anschlussstellen des Anschlussträgers befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich der Vergusskörper in direktem Kontakt ■ zum Anschlussträger. Das bedeutet, dass zwischen der Anschlussseite des Anschlussträgers und dem Vergusskörper an zumindest einer Stelle kein weiteres Material wie beispielsweise eine Folie oder eine Klebeschicht angebracht ist. Bevorzugt steht der Vergusskörper ebenfalls in direktem Kontakt zum Halbleiterchip. Bevorzugt steht der Vergusskörper nur in direktem Kontakt zu Anschlussträger und Halbleiterchip .
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beinhaltet dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Dicke von höchstens 200 μm sowie einen Anschlussträger mit mindestens zwei elektrischen Anschlussstellen zur elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips . Der Halbleiterchip ist direkt auf den Anschlussträger aufgebracht und stellenweise von einem Vergusskörper umgeben. Der Vergusskörper steht ebenfalls in direktem Kontakt zum Anschlussträger.
Ein solches optoelektronisches Bauteil ist leicht zu fertigen, kostengünstig herzustellen, besitzt gute optische Eigenschaften und ist alterungsstabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Halbleiterchip als Flip-Chip ausgestaltet. Das heißt, die Kontaktflächen des Halbleiterchips zur elektrischen Kontaktierung befinden sich auf einer Hauptseite des Halbleiterchips. Bevorzugt befinden sich die beiden elektrischen Kontakte des Chips auf der dem Anschlussträger zugewandten Seite des Halbleiterchips. Wird ein Flip-Chip verwendet, so vereinfacht sich die elektrische Kontaktierung des Chips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Vergusskörper mit einem Material gestaltet, das eine geringere Härte als Shore A 90 aufweist. Bevorzugt beträgt die Härte des den Vergusskörper bildenden Materials weniger als Shore A 80. Bei der Skala gemäß Shore A entspricht Shore A 0 der geringsten Härte und Shore A 100 der höchsten Härte .
Dem hier beschriebenen Bauteil liegt dabei unter anderem die folgende Erkenntnis zugrunde. Vergusskörper aus zum Beispiel Silikon weisen typische Wärmeausdehnungen im Bereich von etwa 150 ppm pro Kelvin bis 300 ppm pro Kelvin auf. Die Wärmeausdehnung des Halbleiterchips liegt in der Größenordnung von 5 ppm pro Kelvin und ist damit erheblich geringer. Die Wärmeausdehnung beispielsweise eines keramischen Anschlussträgers ist mit 15 bis 20 ppm pro Kelvin vergleichbar mit der eines Halbleiterchips, weicht jedoch auch deutlich von der eines Silikons ab. Der Temperaturunterschied zwischen abgeschaltetem Zustand und Betrieb des optoelektronischen Bauteils kann 100 Kelvin deutlich übersteigen. Dementsprechend können signifikante thermische Spannungen zwischen Halbleiterchip und Vergusskörper auftreten.
Bei der Verwendung härterer Silikone bilden sich daher relativ leicht Risse im Vergusskörper aus, die von den Kanten des Halbleiterchips ausgehen. Diese Risse führen zu einer Verschlechterung der Lichtaus- beziehungsweise Lichteinkoppelung in beziehungsweise aus dem Halbleiterchip und können zudem die mechanische Verbindung des Vergusskörpers zum Halbleiterchip beziehungsweise zum Anschlussträger deutlich verschlechtern, so dass die Gefahr besteht, dass sich der Vergusskörper von Halbleiterchip beziehungsweise Anschlussträger ablöst und das optoelektronische Bauteil hierdurch zerstört wird. Der Rissbildung kann entgegengewirkt werden, wenn, wie beschrieben, weichere Materialien für den Vergusskörper verwendet werden, die die Belastungen aufgrund der thermischen Spannungen aufnehmen beziehungsweise ausgleichen können .
Werden für den Vergusskörper Hybridmaterialien, wie zum Beispiel Silikon-Epoxid-Hybridmaterialien, verwendet, so können diese auch eine größere Härte als Shore A 80 aufweisen, etwa zwischen Shore A80 und Shore D 70, da deren thermischer Ausdehnungskoeffizient im Vergleich zu Silikonen geringer ist.
Außerdem verringern sich die thermischen Spannungen erheblich, wenn die Dicke der Halbleiterchips gering ist, wie beschrieben, zum Beispiel weniger als 200 μm beträgt. Über weiche Vergusskörpermaterialien und/oder dünne
Halbleiterchips kann somit die Alterungsstabilität eines optoelektronischen Bauteils signifikant verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beinhaltet der Vergusskörper mindestens eine
Beimengung in Form eines Reflexionsmittels, Filtermittels, Diffusionsmittels oder Konversionsmittels. Ein Reflexionsmittel kann beispielsweise in Form von reflektierenden Metallpartikeln dem Vergusskörper beigegeben sein. Filtermittel können etwa aus Pigmenten oder Farbstoffen bestehen. Als Diffusionsmittel eignen sich beispielsweise lichtstreuende Partikel aus etwa Titandioxid oder Aluminiumoxid. Als Konversionsmittel können zum Beispiel organische oder anorganische Lumineszenzleuchtstoffe eingesetzt werden, die mindestens einen Teil der vom Halbleiterchip zu emittierenden oder zu empfangenden Strahlung in eine Strahlung einer anderen Frequenz umwandeln. Auch optisch wirksame oder photonische Kristalle können als Konversionsmittel eingesetzt werden, beispielsweise zu Zwecken der FrequenzVerdoppelung oder Frequenzverdreifachung. Durch eine Beimengung im Vergusskörper erhöhen sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten des optoelektronischen Bauteils erheblich und es kann in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Beimengung inhomogen im Vergusskörper verteilt. Ist die Beimengung ein Konversionsmittel, so kann dessen Konzentration über dem Zentralbereich der dem Anschlussträger abgewandten Seite des Halbleiterchips, die beispielsweise eine Strahlungsdurchtrittsflache bildet, höher sein als an den Randbereichen. Hierdurch können über die gesamte Strahlungsemittierende Fläche eines Halbleiterchips gleichmäßige Farbverteilungen erzielt werden. Enthält der Vergusskörper ein Reflexionsmittel, so kann das Reflexionsmittel beispielsweise in den Bereichen des Vergusskörpers konzentriert sein, die sich nahe der Anschlussseite befinden. Dadurch ist es möglich, dass sich eine gerichtetere Abstrahlcharakteristik ergibt, falls der Halbleiterchip als Licht emittierendes Element ausgestaltet ist . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Vergusskörper mittels Compression Molding (Formpressen) , Liquid Transfer Molding (Flüssigspritzpressen) , Liquid Injection Molding
(Flüssigspritzgießen) oder Casting (Gießen) erzeugt, wobei der Anschlussträger einen Teil der Gießform bildet. Compression Molding stellt eine effektive Methode dar, um Vergusskörper für Halbleiterchips zu erstellen. Hierbei wird das Material für den Vergusskörper in die Form eingebracht und der Anschlussträger in das in der Form befindliche Material gedrückt. In einer Abwandlung des Compression Molding kann auch festes, granulatförmiges Material, zum Beispiel Hybridmaterialien, verwendet werden. Hierbei kann das Material auch auf den Anschlussträger und den
Halbleiterchip vor dem Schließen der Form aufgebracht werden. Die Abdichtung zwischen Anschlussträger und Gießform kann beispielsweise über eine Abdichtfolie erfolgen, die nach dem Compression Molding Prozess entfernt wird. Werden feste, zum Beispiel in Tablettenform gepresste Materialien, etwa Hybridmaterialien, verwendet, kann das Herstellen des Vergusskörpers auch mittels Transfer Molding erfolgen.
Zum Beispiel ist Liquid Injection Molding von Halbleiterbauteilen in der Druckschrift WO 2005/017995 Al beschrieben, Casting von Halbleiterbauteilen in der Druckschrift EP 1 589 569 A2 und Liquid Transfer Molding von integrierten Halbleiterschaltkreisen in der Druckschrift US 2002/0153637 Al.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Anschlussträger mit einer Keramik gestaltet. Der Anschlussträger kann gänzlich aus einer Keramik gestaltet sein oder einen keramischen Bestandteil beinhalten. Die Keramik kann etwa aus Aluminium-Nitrid oder Aluminium-Oxid bestehen. Bevorzugt weist die verwendete Keramik eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Die Keramik kann als Dünnfilmkeramik ausgestaltet sein mit Dicken weniger als 500 μm, bevorzugt weniger als 400 μm, oder als Multilagenkeramik ausgeführt sein, bei der beispielsweise verschiedene Schichten an Keramik mit verschiedenen Schichten aus leitendem Material, wie beispielsweise einem Metall, abwechseln. Eine Multilagenkeramik weist eine beziehungsweise mehrere Schichtenfolgen auf, bei dem eine Keramik und eine Wolframpaste beispielsweise von 8 μm Nickel und 1 μm Gold gefolgt werden.
Im Falle der Verwendung einer Dünnfilmkeramik kann diese mit Kupfer beschichtet sein. Um eine hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen und damit die thermischen Belastungen zu reduzieren, kann das Kupfer in einer dicken Schicht aufgebracht sein. Beispielsweise kann die Dünnfilmkeramik, von der Oberfläche der Keramik aus gesehen in Richtung Anschlussseite beziehungsweise Halbleiterchip, folgende Schichtenfolge aufweisen: etwa 0,05 μm bis 0,3 μm Titan, zirka 50 μm bis 100 μm, zum Beispiel 75 μm Kupfer, zirka 1,5 bis 4 μm Nickel, und etwa 0,3 bis 1,1 μm Gold.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst der Vergusskörper mehrere Schichten. Das heißt, beispielsweise in verschiedenen Compression Molding Schritten kann ein Vergusskörper erstellt werden, der verschiedene Schichten, beispielsweise aus verschiedenen
Materialien zwiebelartig umfasst. In einer innersten ersten Schicht, die den Halbleiterchip direkt umgibt, kann etwa ein weiches Silikon mit einer Härte geringer als Shore A 90, insbesondere weicher als Shore A 80, verwendet werden. In einer nachfolgenden Schicht kann etwa in einer gleichmäßigen Dicke ein Konversionsmittel aufgebracht sein. Als äußerste Schicht etwa kann ein härteres Silikon mit einer Shore-Härte zwischen zum Beispiel Shore A 80 und Shore D 60 Verwendung finden, um das optoelektronische Bauteil gegen mechanische Beschädigung besser zu schützen. Bevorzugt ist die äußerste Schicht härter als Shore A 80, insbesondere härter als Shore D 60.
Je nach Erfordernissen können auch Zwischenschichten eingebracht werden, die beispielsweise eine weitere Beimengung, wie etwa ein Filtermittel, in einer gleichmäßigen Schichtdicke umfassen, beziehungsweise die besondere mechanische oder chemische Eigenschaften verleiht. Die Anzahl an aufgebrachten Schichten und eventuellen Zwischenschichten sowie die Eigenschaften der Schichten richten sich nach den jeweiligen Erfordernissen und können flexibel gehandhabt werden. Über mehrere Schichten kann der Anwendungsbereich eines optoelektronischen Bauteils daher deutlich erweitert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Anschlussträger mit einer bedruckten Leiterplatte, kurz PCB, einem Quad Fiat Pack, kurz QFP oder QFN, einer flexiblen Leiterplatte oder einem Chipkartenmaterial ausgestaltet. Die aufgeführten Anschlussträger sind in der herkömmlichen Elektronik weit verbreitet und bestehen häufig aus Materialien, die eine mit dem Vergusskörper vergleichbare thermische Ausdehnung aufweisen. Die Verwendung dieser Ausgestaltungsformen für den Anschlussträger für ein optoelektronisches Bauteil bietet eine einfache Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung emittierende oder empfangende Bauteile mit weiteren, nicht optoelektronischen elektronischen Komponenten zu verbinden und somit vielfältige Schaltungsmöglichkeiten zu erzielen, und kann zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist der Anschlussträger elektrische Vias beziehungsweise Durchkontaktierungen auf, die abgedeckt sind. Die Abdeckung der Vias kann beispielsweise durch den
Halbleiterchip selbst oder durch den Vergusskörper erfolgen. Ebenso können die Vias durch elektrisch leitende, beispielsweise metallisch ausgeformte Schichten oder auch durch aufgebrachte Isolatorschichten abgedeckt sein. Ebenso möglich ist es, dass im Falle, dass der Anschlussträger aus einer Multilagenkeramik gestaltet ist, die Vias sich im Inneren des Anschlussträgers befinden. Durch abgedeckte Vias wird ein gegenüber äußeren Einflüssen robustes optoelektronisches Bauteil ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Anschlussträger mindestens teilweise strahlungsdurchlässig ausgestaltet. Der Grundkörper des Anschlussträgers kann zum Beispiel aus einem Glas, einem Kunststoff oder einer Keramik, wie Aluminiumoxid, bestehen. Insbesondere in Verbindung mit aus transparenten Materialien gestalteten, elektrischen Anschlussstellen beziehungsweise elektrischen Leitungen bietet sich hierdurch die Möglichkeit, ein transparentes optoelektronisches Bauteil zu erstellen. Als Materialien für transparente, elektrische Leitungen sind beispielsweise Transparent Conductive Oxides, kurz TCO, wie zum Beispiel Indium- Zinn-Oxid, geeignet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Anschlussträger zumindest teilweise reflektierend ausgestaltet. Die reflektierende Wirkung kann über Beimengungen, wie beispielsweise Titan-Dioxid-Partikel, zustande kommen, oder eine intrinsische Eigenschaft des verwendeten Materials sein. Auch auf dem Anschlussträger aufgebrachte beispielsweise metallische Schichten oder dielektrisch reflektierende Schichten, wie etwa Bragg- Spiegel, sind möglich. Durch einen reflektierend wirkenden Anschlussträger wird die etwa vom Bauteil emittierte
Strahlung effizient in eine gewisse Richtung ausgestrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist eine Mehrzahl der Halbleiterchips zweidimensional auf einem Anschlussträger angeordnet. Die einzelnen Halbleiterchips können hierbei jeweils von einem separaten Vergusskörper umgeben sein. Ebenso ist es möglich, dass mehrere Halbleiterchips von einem gemeinsamen Vergusskörper umgeben sind. Die zweidimensionale Anordnung kann in einem regelmäßigen matrixartigen Raster bestehen oder auch unregelmäßiger sein. Beispielsweise sind auch hexagonale Anordnungsmuster möglich. Es können baugleiche Halbleiterchips oder auch unterschiedliche Halbleiterchips Verwendung finden. Bevorzugt können Halbleiterchips verwendet werden, die etwa rotes, grünes und blaues Licht ausstrahlen, so dass sich eine insgesamt weiß abstrahlende Beleuchtungseinrichtung etwa zur Hinterleuchtung von Displays ergibt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen
Bauteils ist dieses bis auf den Anschlussträger und den Vergusskörper gehäusefrei. Der Vergusskörper kann hierbei mehrschichtig ausgestaltet sein und Beimengungen enthalten. Ein derartiges optoelektronisches Bauteil umfasst wenige Komponenten, ist daher kostengünstig herzustellen und weist außerdem geringe geometrische Abmessungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist dieses mittels einer
Oberflächenmontagetechnologie, kurz SMT, an einem externen Träger befestigbar. Bevorzugt sind die Anschlussstellen so gestaltet, dass eine Montage des Bauteils mittels Löten erfolgen kann.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische Bauteile Verwendung finden können, sind etwa die Hinterleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen. Weiter können die hier beschriebenen optoelektronischen Bauteile auch in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder Richtstrahlern, oder zu Zwecken der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt. Vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels, Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels mit Fresnel -Linse,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels mit einer Multilagenkeramik,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer transparenten Anordnung,
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels ,
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels mit einem mehrlagigen Vergusskörper,
Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung (a) und eine schematische Draufsicht (b) eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Halbleiterchips, und
Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels mit einem Chipkartensubstrat.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils dargestellt. Auf der Anschlussseite 10 eines Anschlussträgers 4, der beispielsweise aus einer Dünnfilmkeramik mit einer Dicke von 380 μm gestaltet ist, sind elektrische Leiterbahnen 9, die aus einem Metall geformt sind, aufgebracht. Aus den Leiterbahnen 9 sind auch die elektrischen Anschlussstellen 5a, 5b gebildet. Die dem Anschlussträger 4 zugewandte Seite eines auf dem Anschlussträger 4 angebrachten Halbleiterchips 2 wird komplett von der zugehörigen Anschlussstelle 5a eingenommen. Das heißt, die der Strahlungsdurchtrittsflache 11 abgewandte Seite des Halbleiterchips 2 liegt gänzlich auf der Anschlussstelle 5a auf. An der dem Anschlussträger 4 abgewandten Seite des Halbleiterchips 2, die eine Strahlungsdurchtrittsflache 11 des Halbleiterchips 2 ausbildet, ist ein Bonddraht 8 angebracht, der den
Halbleiterchip 2 mit einer weiteren Anschlussstelle 5b elektrisch leitend verbindet. Die Kontaktierungsflächen des Halbleiterchips befinden sich somit an zwei gegenüberliegenden Seiten. Der Bonddraht 8 nimmt nur einen geringen Anteil der Strahlungsdurchtrittsflache 11 ein.
Ebenso bedecken die Leiterbahnen 9 nur einen geringen Anteil der Anschlussseite 10.
Auf der Anschlussseite 10 ist ein Vergusskörper 3 derart aufgebracht, dass dieser in direktem Kontakt mit der
Anschlussseite 10 steht, sowie den Halbleiterchip 2 ebenfalls in direktem Kontakt an der Strahlungsdurchtrittsflache 11 sowie an Chipflanken 12 umgibt. Die Chipflanken 12 werden hierbei durch die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 gebildet, die die Strahlungsdurchtrittsflache 11 mit der dem Anschlussträger 4 zugewandten Seite des Halbleiterchips 2 verbinden. Der Vergusskörper 3 ist aus einem weichen Silikon geformt .
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der Anschlussträger 4 ein mechanisch flexibles Substrat. Die Leiterbahnen 9 befinden sich im Inneren des Anschlussträgers 4 und verbinden den optoelektronischen Halbleiterchip 2 beispielsweise mit einem sich im Substrat befindlichen weiteren, nicht gezeichneten Halbleiterchip, der etwa die Ansteuerung des optoelektronischen Halbleiterchips 2 übernehmen kann. Die Leiterbahnen 9 sind über Vias 7 mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 2 verbunden. Die Vias 7 bilden an der Anschlussseite 10 die elektrischen Anschlussstellen 5 aus. Der optoelektronische Halbleiterchip 2 ist zum Beispiel als Oberflächenemitter ausgestaltet, so dass die Strahlung im Wesentlichen an beziehungsweise nahe der Strahlungsdurchtrittsflache 11 entsteht und eben an dieser emittiert wird. Dadurch wird kein separater Reflektor etwa an der dem Anschlussträger 4 zugewandten Seite des Halbleiterchips 2 nötig, da im Wesentlichen kein Licht in Richtung Anschlussseite emittiert wird. Der Vergusskörper 3 ist als Fresnel-Linse ausgeformt. Dadurch wird die Höhe des Vergusskörpers 3 in Richtung senkrecht zur Anschlussseite 10 minimiert. Über die flache, Platz sparende Ausgestaltung als Fresnel-Linse können sich ebenfalls thermisch bedingte Spannungen zwischen Vergusskörper 3 und optoelektronischem Halbleiterchip 2 reduzieren lassen.
Optional kann die Anschlussseite 10 des Anschlussträgers 4 nicht eben ausgestaltet sein, sondern eine Art Mulde aufweisen, in der sich der optoelektronische Halbleiterchip 2 befindet. Die Mulde kann dann vom Vergusskörper 3 im
Wesentlichen ausgefüllt sein, so dass Vergusskörper 3 und optoelektronischer Halbleiterchip 2 insbesondere gegenüber mechanischen Belastungen, wie diese bei einen flexiblen Substrat auftreten können, gut geschützt sind. Weiterhin können alternativ die Leiterbahnen 9 zur Anschlussseite 10 oder zu einer der Anschlussseite abgewandten Seite des Anschlussträgers 4 geführt sein. Die Leiterbahnen 9 können für eine Kontaktierung mittels einer Oberflächenmontagetechnik, kurz SMT, ausgestaltet sein.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Anschlussträger 4 aus einer Multilagenkeramik gestaltet ist. Innerhalb der Multilagenkeramik verläuft eine Leiterbahn 9a, an der dem Halbleiterchip 2 angewandten Seite eine Leiterbahn 9b. Die Leiterbahnen 9a und 9b sind über Vias 7a, 7b mit dem Halbleiterchip 2 elektrisch verbunden. Da die Leiterbahnen 9a, 9b in den Anschlussträger 4 integriert sind beziehungsweise keinen direkten Kontakt zum Vergusskörper 3 aufweisen, lässt sich zusätzlicher, eventuell durch die Leiterbahnen 9a, 9b hervorgerufener thermischer Stress auf den Vergusskörper 3, eben durch die Verwendung einer Multilagenkeramik, reduzieren.
Der Halbleiterchip 2 ist als mittels Surface Mount Technology kontaktierbares Bauteil, kurz SMT-Bauteil ausgestaltet. Der Halbleiterchip 2 ist mit den aus den Vias 7a, 7b gebildeten elektrischen Anschlussstellen 5, die sich an der Anschlussseite 10 befinden, über Lötkontakte verbunden. Der ebenfalls linsenartig ausgestaltete Vergusskörper 3 umfasst eine Beimengung 6 etwa in Form eines Diffusors, eines Konversions- oder eines Filtermittels. Ist der Halbleiterchip 2 beispielsweise als Photodiode ausgestaltet, so kann über die Verwendung geeigneter Beimengung 6 in Form eines oder mehrerer Filtermittel im Vergusskörper 3 der vom Halbleiterchip 2 zu empfangende Spektralbereich je nach Erfordernissen auf einfache Art und Weise eingeschränkt werden.
Der Halbleiterchip 2 ist, wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, als Flip-Chip ausgestaltet. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die beiden nicht gezeichneten elektrischen Kontaktierungsstellen des Halbleiterchips 2 auf der dem Anschlussträger 4 abgewandten Seite des
Halbleiterchips 2 befinden. Die elektrische Kontaktierung des
Halbleiterchips 2 würde dann zum Beispiel mittels zweier Bonddrähte 8 erfolgen können. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 wird der Anschlussträger 4 aus einer transparenten thermisch leitfähigen Keramik wie zum Beispiel Aluminiumoxid gebildet. Auch die Leiterbahnen 9 und Anschlussstellen 5 sind aus einem transparenten Material, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid oder einem anderen TCO beziehungsweise Transparent Conductive Oxide, geformt. Der als Flip-Chip gestaltete Halbleiterchip 2 ist beispielsweise eine so genannte substratlose Leuchtdiode mit einer Dicke von weniger als 10 μm. Durch die geringe Dicke des
Halbleiterchips 2 lassen sich thermische Spannungen zwischen Vergusskörper 3 und Halbleiterchip 2 deutlich reduzieren. Dies wirkt sich positiv auf die Alterungsstabilität des optoelektronischen Bauteils 1 aus . Im Vergusskörper 3 ist eine Beimengung 6 in Form eines Konversionsmittels inhomogen verteilt, in Figur 4 durch die Schraffurabstände angedeutet, so dass über den Zentralbereichen der
Strahlungsdurchtrittsflache 11 eine höhere Konzentration der Beimengung 6 vorliegt als in den Randbereichen des Vergusskörpers 3. Hierdurch wird eine farblich gleichmäßige Abstrahlung des optoelektronischen Bauteils 1 ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist der Anschlussträger 4 aus einer Multilagenkeramik gebildet. Beide Leiterbahnen 9 befinden sich im Inneren des Anschlussträgers 4, wodurch, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3, thermische Belastungen auf den Vergusskörper 3 durch die Leiterbahnen 9 unterbunden werden. Die Leiterbahnen 9 sind über Vias 7, die auch die elektrischen Anschlussstellen 5 an der Anschlussseite 10 bilden, mit dem Halbleiterchip 2 verbunden. Der
Halbleiterchip 2 ist beispielsweise als blau emittierende, auf GaN basierende Leuchtdiode ausgestaltet. Der Halbleiterchip 2 umfasst eine im Vergleich zum Halbleiterchip 2 gut thermisch leitfähige Keramikplatte 13, die mit einem Leuchtstoff versetzt ist und sich an der Strahlungsdurchtrittsflache 11 befindet. Der Leuchtstoff wandelt das vom Halbleiterchip 2 im Betrieb emittierte blaue Licht mindestens zum Teil beispielsweise in weißes Mischlicht um. Über die thermisch leitfähige Keramikplatte 13 wird eine gleichmäßigere Wärmeverteilung an der Strahlungsdurchtrittsflache 11 des Halbleiterchips 2 gewährleistet. Hierdurch verringern sich ebenfalls thermisch bedingte Spannungen zwischen Chip 2 und Vergusskörper 3.
Der Vergusskörper 3 weist eine Beimengung 6 in Form reflektierender Partikel auf, die sich auf die Bereiche des Vergusskörpers 3 konzentrieren, die im Wesentlichen parallel zu den Chipflanken 12 ausgerichtet sind. Hierdurch wird bewirkt, dass etwa vom Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung gerichtet in Richtung senkrecht zur Anschlussseite 10 das optoelektronische Bauteil 1 verlässt. Die reflektierenden Partikel lassen sich zum Beispiel vor dem Einspritzen des den Vergusskörper 3 bildenden Materials in den entsprechenden
Bereichen einer Gießform platzieren.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wie in Figur 6 gezeigt, umfasst der Vergusskörper 3 mehrere zwiebelartige Schichten 3a, 3b, 3c. Die innerste Schicht 3a, die in direktem Kontakt zum Halbleiterchip 2 steht, ist aus einem weichen Silikon geformt, das etwa eine Härte geringer als Shore A 70 aufweist. Die mittlere Schicht 3b beinhaltet in gleichmäßiger Dicke beispielsweise ein Konversionsmittel oder eine andere Beimengung 6. Die vom Halbleiterchip 2 aus gesehen äußerste
Schicht 3c ist mit einem Silikon einer größeren Härte gestaltet, etwa härter als Shore A 70, um das optoelektronische Bauteil 1 gegen äußere Einflüsse mechanisch robuster zu gestalten und eine geringere Klebrigkeit sowie eine bessere Sägbarkeit des Silikons zu erzielen.
Der Anschlussträger 4 ist aus einer bedruckten Leiterplatte gefertigt. Als Basismaterial für Leiterplatten werden zum
Beispiel Epoxid-Harze verwendet, die eine ähnliche thermische Ausdehnung aufweisen wie der Vergusskörper 3. Über die Verwendung von Leiterplatten kann somit die thermische Belastung auf das Bauteil 1 verringert werden. Die Leiterbahnen 9 befinden sich auf der dem Halbleiterchip 2 abgewandten Seite des Anschlussträgers 4. Die Leiterbahnen 9 sind über Vias 7 mit den elektrischen Anschlussstellen 5, die sich auf der Anschlussseite 10 befinden, leitend verbunden. Der Halbleiterchip 2 ist etwa über einen leitfähigen Kleber auf die Anschlussstellen 5 aufgebracht. Die Anschlussstellen 5 sind metallisch ausgestaltet und wirken reflektierend auf die vom Halbleiterchip 2 zu empfangende oder zu emittierende Strahlung. Die Anschlussstellen 5 nehmen einen Großteil der dem Anschlussträger 4 zugewandten Seite des Halbleiterchips 2 ein, bevorzugt mehr als 50%, insbesondere mehr als 80%. Zudem können die Anschlussstellen 5 als Reflektoren bezüglich der vom Halbleiterchip 2 zu emittierenden oder zu empfangenden Strahlung ausgestaltet sein.
Optional können die Leiterbahnen 9 von einer Isolatorschicht 14, beispielsweise aus einem aufgeklebten Kunststofffilm oder einer Lackschicht, abgedeckt sein. Ebenso möglich ist es, dass die Leiterbahnen 9, je nach Komplexität der angestrebten Schaltung, auch auf beiden Hauptseiten des Anschlussträgers 4 aufgebracht sind.
Je nach Erfordernissen kann der mehrschichtige Vergusskörper 3 derart gestaltet sein, dass die verschiedenen Schichten beispielsweise unterschiedlichen optischen Brechungsindex aufweisen. Hierdurch kann die Qualität der optischen Abbildung verbessert werden.
Das in Figur 7a, 7b gezeigte Ausführungsbeispiel beinhaltet mehrere Halbleiterchips 2. Die nicht gezeichneten elektrischen Kontaktflächen des Halbleiterchips 2 befinden sich an der Strahlungsdurchtrittsflache 11 und an der dem Anschlussträger 4 zugewandten Seite des Halbleiterchips 2. Der Anschlussträger weist eine Dicke von zirka 0,7 mm auf. Die Anschlussstellen 5 sind durch die an der Anschlussseite 10 befindlichen Enden der elektrischen Vias 7 gebildet. Die Kontaktflächen an der Strahlungsdurchtrittsflache 11 sind je über einen Bonddraht 8 mit einer korrespondierenden Anschlussstelle 5 kontaktiert. Die Leiterbahnen 9 befinden sich auf der dem Halbleiter 2 abgewandten Seite des Anschlussträgers 4. Über die Leiterbahnen 9 kann beispielsweise eine Reihenschaltung der Halbleiterchips 2 realisiert werden. Pro Halbleiterchip 2 ist je ein linsenartig gestalteter Vergusskörper 3 vorgesehen. Die
Vergusskörper 3 weisen in Draufsicht je einen Durchmesser von zirka 2 mm auf. Optional können die Durchmesser der Vergusskörper 3 auch deutlich kleiner oder deutlich größer gewählt werden, abhängig von den konkreten Erfordernissen, besonders bezüglich der Qualität der optischen Abbildung durch die Vergusskörper 3.
Alternativ können auch mehrere Halbleiterchips 2 von einem einzigen Vergusskörper 3 umgeben sein. Der Vergusskörper 3 kann dann linsenartige Substrukturen aufweisen. Der
Anschlussträger 4 ist bevorzugt aus einem eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisenden Material gestaltet, um die im Betrieb der Halbleiterchip 2 anfallende Abwärme beziehungsweise Verlustleistung gut nach außen abführen zu können .
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist der Anschlussträger 4 als Chipkartensubstrat gestaltet und mit einem Epoxid-Glasfaserhartgewebe gebildet. An der Anschlussseite 10 des Anschlussträgers 4 sind elektrische Anschlussstellen 5a, 5b angebracht. Die Anschlussstellen 5a, 5b sind aus Kupfer gefertigt und an der Anschlussseite 10 abgewandten Seiten zweilagig mit Nickel und mit Gold beschichtet. Die Anschlussstellen 5a, 5b können über eine Oberflächenmontagetechnik, kurz SMT, mit einem in Figur 8 nicht dargestellten, externen Träger oder Gerät verbunden werden .
Auf der Anschlussstelle 5a ist der Halbleiterchip 2 mittels Löten in einer Ausnehmung des Anschlussträgers 4 angebracht. Von der Strahlungsdurchtrittsflache 11 des Halbleiterchips 2 ist über einen Bonddraht 8 und eine weitere Ausnehmung des Anschlussträgers 4 eine elektrische Verbindung zur zweiten Anschlussstelle 5b hergestellt. An einer der Anschlussseite 10 abgewandten Seite des Anschlussträgers 4 befindet sich ein transparenter linsenförmiger Vergusskörper 3 aus einem Silikon oder einem Hybridmaterial, der den Halbleiterchip 2 und die Ausnehmungen überdeckt. Optional kann der
Vergusskörper 3 auch die gesamte, der Anschlussseite 10 abgewandte Seite des Anschlussträgers 4 bedecken.
Die hier beschriebene 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 durch diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2008 010 509.0 und 10 2008 026 841.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) mit einer Dicke von höchstens 200 μm,
- einem Anschlussträger (4) mit mindestens zwei elektrischen Anschlussstellen (5) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (2) , dergestalt, dass der Halbleiterchip (2) direkt auf dem Anschlussträger (4) aufgebracht und stellenweise von einem
Vergusskörper (3) umgeben ist, wobei der Vergusskörper (3) in direktem Kontakt zum Anschlussträger (4) steht.
2. Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterchip (2) als Flip-Chip ausgestaltet ist.
3. Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Vergusskörper (3) mit einem Material gestaltet ist, das eine geringere Härte als Shore A 90 aufweist.
4. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Vergusskörper (3) mindestens eine Beimengung (6) enthält, die als Reflexions-, Filter-, Diffusions- oder Konversionsmittel ausgestaltet ist.
5. Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 4, bei dem die Beimengung (6) inhomogen im Vergusskörper (3) verteilt ist.
6. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Vergusskörper (3) mittels Compression Molding, Liquid Transfer Molding, Liquid Injection Molding oder Casting erzeugt ist, und wobei der Anschlussträger (4) einen Teil der Gießform bildet.
7. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Vergusskörper (3) mehrere Schichten umfasst.
8. Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 7, bei dem eine innerste Schicht (3a) des Vergusskörpers (3) mit einem weichen Material, insbesondere weicher als Shore A 90, und eine äußerste Schicht (3c) des Vergusskörpers (3) mit einem harten Material, insbesondere härter als Shore A 80, gebildet ist.
9. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Anschlussträger (4) mit einer Keramik gestaltet ist.
10. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Anschlussträger (4) mit einer bedruckten Leiterplatte, einem Quad Fiat Pack, einer flexiblen
Leiterplatte oder einem Chipkartenmaterial ausgestaltet ist.
11. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem elektrische Durchkontaktierungen (7) des Anschlussträgers (4) abgedeckt sind.
12. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Anschlussträger (4) mindestens teilweise strahlungsdurchlässig ausgestaltet ist.
13. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Anschlussträger (4) mindestens teilweise reflektierend ausgestaltet ist.
14. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem eine Mehrzahl von Halbleiterchips (2) zweidimensional auf dem Anschlussträger (4) angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , das, bis auf Anschlussträger (4) und Vergusskörper (3), gehäusefrei ist.
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