WO2017081184A1 - Anordnung mit einem träger aus einem glasmaterial und einem optoelektronischen halbleiterbauteil - Google Patents

Anordnung mit einem träger aus einem glasmaterial und einem optoelektronischen halbleiterbauteil Download PDF

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Andreas Ploessl
Frank Singer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a support made of a glass material with an optoelectronic semiconductor device according to claim 1 and a method for producing an arrangement with a support made of a glass material and an optoelectronic semiconductor device according Pa ⁇ tentency 17th
  • a method for producing optoelectronic semiconductor components and an optoelectronic semiconductor component wherein the optoelectronic semiconductor component is arranged on a glass carrier or is arranged in a recess of the glass carrier.
  • the semicon ⁇ ter component is mechanically connected via a filling medium such as silicone with the glass substrate.
  • the object of the invention is to provide an improved ⁇ An arrangement with a support made of a glass material and a carrier connected to the optoelectronic semiconductor component.
  • a further object of the invention is to provide an improved method for producing an arrangement from a carrier made of a glass material and an opto ⁇ electronic semiconductor device.
  • An advantage of the arrangement described is that a secure and long-term stable connection between the Trä ⁇ ger of glass material and the semiconductor device is achieved.
  • the compound is resistant to aging heat and light.
  • This advantage is achieved in that the semiconductor device is connected to the carrier via a melted surface of glass. In this way, organic substances are dispensed with for the formation of the mechanical connection between the carrier and the semiconductor component.
  • At least one front side of the semiconductor device is connected to the carrier via the glass melt surface. Through the connection via the front side, a large-area coupling between the semiconductor component ⁇ part and the carrier is achieved. Depending on the selected embodiment, even more sides of the semiconductor component with a melt surface of glass to the support can be the verbun ⁇ .
  • the front side can be the side via which electromagnetic radiation is emitted or absorbed by the semiconductor component.
  • Sensor chip be designed as an optical sensor or as a solar cell.
  • At least one side surface of the semiconductor component is connected to the carrier via a
  • a connection may be sufficient only over a side surface for a secure attachment of the semiconductor device to the carrier.
  • a plurality of side surfaces, in particular all side surfaces of the semiconductor component can be connected to the carrier via a melted surface made of glass.
  • a front side of the semiconductor device may also be used. partly verbun ⁇ with the carrier on a melted surface of glass.
  • both front sides of the semiconductor device may be connected to the carrier via a glass melting surface. The electrical contacting of the semiconductor device is then performed via passages through the carrier to the semiconductor device.
  • the front side of the semiconductor device can be free spaced from the Trä ⁇ ger, wherein the semiconductor component is arranged in a continuous recess of the carrier and since ⁇ Lich with the carrier connected is.
  • the melt surface from the moving ⁇ chen glass material as the carrier is formed.
  • the melt surface between the carrier and the semiconductor device can be formed by heating the substrate and contacting the semi ⁇ conductor member with the carrier.
  • the melt surface is made of the same material Mate ⁇ material as the carrier material. This allows a secure and long-term stable attachment of the semiconductor device to the carrier.
  • this optoelectronic properties of the carrier are maintained even in the area of the melt surface without significant change.
  • a refractive index of the glass material of the carrier in Wesent ⁇ union is obtained in the region of the melt surface.
  • a defined propagation of electromagnetic radiation in the transition region between the semiconductor device and the carrier can be achieved.
  • the optoelectronic semiconductor component is embodied as a light chip, in particular as a light-emitting diode or as a laser diode. Also in the formation of the semiconductor device in the form of a sensor, this property is advantageous.
  • the melt surface is formed of a glass material, which is arranged for the connection process between the carrier and the semiconductor component becomes.
  • the glass material may have substantially similar or the same composition as the glass material of the carrier.
  • the glass material for the formation of the melt surface may have a different composition than the glass material of the carrier.
  • conversion material may be disposed in the melt surface.
  • an electromagnetic radiation emitted by the opto ⁇ electronic component can be at least partially shifted to a different wavelength.
  • the arrangement of the conversion material in the melt area allows a compact and simple construction of the arrangement.
  • the semiconductor component to electrical contacts, said conductor tracks are arranged on the semiconducting ⁇ terbauteil and on the support, which are guided to the electrical contacts of the semiconductor component. As a result, an increased flexibility in the arrangement of the conductor tracks is given.
  • the conductor tracks are sintered in an upper side of the carrier. In this way, a stable attachment of the conductor tracks to the carrier is achieved.
  • the sintering of the tracks can be combined with a cooling of the carrier during the manufacturing process.
  • the required for connecting the carrier to the semiconductor device high tempera ⁇ ture of the carrier can be used simultaneously for the formation of the conductor tracks, in particular for the formation of metallic interconnects.
  • the semiconductor component at least partially comprises a material which is permeable to electromagnetic radiation ⁇ .
  • the semi ⁇ conductor component can be designed as light chip.
  • the light-emitting chip comprises a material which is permeable to the light emitted from the light emitting chip ⁇ electromagnetic radiation diagram.
  • the light chip may comprise a sapphire material.
  • the light chip can radiate in all directions.
  • the recess is formed in the form of a hole passing through the carrier, wherein ei ⁇ ne front side of the semiconductor device is associated with an open surface of the recess.
  • a plurality of carriers are arranged one above the other, each having a semiconductor component.
  • the semiconductor component is formed from a light chip.
  • the carriers light-emitting chips may be arranged that emit different waves ⁇ lengths.
  • light chips may be provided which emit blue light, red light and green light.
  • luminous chips with different wavelengths may be provided to produce a mixed light having a desired color.
  • a luminescent chip that generates blue light, a luminescent chip that generates red light, and a luminescent chip that generates green light may be provided in the carrier to produce white mixed light.
  • light chips can also be arranged in the carrier, which generate infrared light or UV light.
  • the carrier made of glass material has the advantage that the carrier is long-term stable for UV light.
  • the carrier can contain elements for influencing the radiation, in particular reflecting surfaces, ink particles and / or radiation-guiding structures aufwei ⁇ sen.
  • the support comprises a porous first glass material is introduced into the at least adjacent to the semiconductor component is a lower melting second Glasma ⁇ TERIAL is particularly infiltrated.
  • the first glass material has a higher melting point than the second glass material.
  • the first glass material may be in the form of a glass frit, in which the second Glasma ⁇ TERIAL is infiltrated.
  • the carrier can consist of the porous first glass material, wherein the second glass material is introduced into the entire carrier.
  • At least one side surface of the carrier adjacent inclined ⁇ disposed to the surface can be used, for example, for an optical control of a solder joint. If a component with a contact via a solder connection is applied to the surface of the arrangement, superfluous solder is pressed laterally onto the inclined side surface.
  • the EXISTING ⁇ densein of solder on the inclined surface can for example be used to verify a correctly executed solder connection with an optical control.
  • the proposed method has the advantage that the semiconductor component is connected to the carrier via a melted surface made of glass.
  • the connecting surface, for the Ausbil ⁇ dung be ⁇ tet on organic material verzich.
  • the substrate for the semiconductor device or the semiconductor device can be pressed into a molten glass of the carrier and in this way, in addition to the formation of the melt surface, the recess in the carrier at least partially introduced.
  • the carrier may already have a partial cutout prior to the impressions of the substrate or of the semiconductor component.
  • a planar surface aufwei ⁇ sen by the elected th embodiment of the carrier in which the substrate or the semiconductor device is suppressed ⁇ may be.
  • the formation of the melt surface can be generated by a glass material that is introduced between the support and the substrate or the semiconductor device.
  • the glass ⁇ material is liquefied, so that a melt surface on we ⁇ antes a surface of the substrate or the semiconductor components can be formed in part.
  • a stable melt surface of the glass material is formed where ⁇ is formed at the melt surface at both the substrate or the semiconductor ⁇ component and the support.
  • organic materials for mechanical and / or optical coupling between the carrier and the semiconductor component or between the carrier and the substrate can be dispensed with.
  • the substrate or the semiconductor device may comprise, prior to forming the Schmelzflä ⁇ che no metallic contacts or conductors. As a result, higher temperatures can be used in the formation of the melt surface.
  • the semiconductor component may comprise metallic contacts and / or metallic conductor tracks before the formation of the fused surface.
  • in one embodiment is prepared by placing the substrate in the recess of the support, the optoelectronic half ⁇ guide component on the substrate, wherein insbesonde ⁇ re is formed an active region for receiving and / or for generating electromagnetic radiation on the substrate adjacent to the recess ,
  • the active zone is formed in particular ⁇ sondere as an epitaxial layer, wherein the Epita ⁇ xie slaughter is formed on the substrate and on the carrier in ⁇ We sentlichen having the same structure.
  • the epitaxial layer having the same structure as on the substrate may form at least a few ym or a few mm or more lateral direction away from the recess on the carrier.
  • an active zone can also be formed laterally next to the recess on the carrier.
  • an active region for transmitting and / or receiving electromagnetic radiation on the substrate is deposited and fabricated an opto-electro ⁇ African semiconductor device prior to the introduction of the substrate into the recess of the carrier.
  • FIGS. 1-4 show a first method for producing a device with a carrier and a semiconductor component
  • FIGS. 13-15 show a fourth method for forming a device with a carrier and a semiconductor component
  • 16 shows a further embodiment of a carrier with a
  • FIG. 17 is a view of the arrangement of FIG. 16 from above,
  • FIGS. 19-21 a method for producing a carrier with a semiconductor component with SMD contacts
  • FIG. 22 shows a carrier with contact pins
  • FIG. 23 shows a carrier with a plurality of semiconductor components
  • Fig. 24 shows an arrangement with two superimposed
  • Fig. 25 shows a carrier with three semiconductor devices in one
  • the opto ⁇ electronic semiconductor device may be formed in the form of a sensor, in particular in the form of an optical sensor.
  • the sensor may be formed as an optical sensor for receiving electromagnetic radiation.
  • the sensor can be designed as a solar cell.
  • the semiconductor device may be constructed on a sapphire carrier on which an active region is arranged, for example, for transmitting and / or receiving electromagnetic radiation.
  • the active zone may be applied to the sapphire carrier in the form of an epilayer.
  • the semiconductor layer with the active zone be ⁇ already metallic contacts and / or metallic conductor tracks may have.
  • sapphire it is also possible to use any other semiconductor material which is suitable for the production of an optoelectronic semiconductor component.
  • the semiconductor device 3 has a substrate 29 and an active zone 14 for transmitting and / or receiving electromagnetic radiation.
  • the substrate 29 may be formed of sapphire, for example.
  • the embedding of the semiconductor device 3 in the carrier 1 will be described below.
  • the active zone 14 may also be after the formation of the fusion bond between the substrate 29 and the
  • Fig. 1 shows a carrier 1 in a schematic side view, wherein the carrier 1 is formed in the form of a glass plate.
  • the carrier 1 is heated until a melting point of the glass material is reached and the carrier 1 becomes so soft at least in the region of a surface 2 that an optoelectronic semiconductor component 3 can sink into the surface 2 by itself or can be at least partially pressed in ,
  • FIG. 1 shows the optoelectronic semiconductor component 3 prior to being pressed into the heated carrier 1.
  • a layer of conversion material 18 is provided on the surface 2 below the semiconductor component 1.
  • the conversion material 18 may additionally also laterally on the semiconductor device 3 be arranged. On the conversion material 18 can also be dispensed with.
  • Fig. 2 shows the arrangement with the carrier 1 after the Eindrü- CKEN of the semiconductor component 3 in the carrier 1.
  • the semiconductor device 3 is in a recess 4 of the carrier 1 arranged ⁇ .
  • material of the carrier 1 displaced ⁇ who.
  • a he ⁇ stared melt surface is formed, which mechanically and optically couples the semiconductor device 3 to the glass material of the carrier 1 ,
  • the melt surface may also partially reach a rear side of the semiconductor component 3, which lies opposite the front side 5.
  • the substrate 29 or the semiconductor component 3 can also be completely embedded in the carrier 1, so that all sides of the semiconductor component 3 are covered with the carrier 1.
  • the melting surface is formed of the same material as the Trä ⁇ ger 1 and allows a safe and stable, long-term stability in the ⁇ special mechanical connection between the semiconductor device 3 and the substrate 1.
  • the carrier 1 made of a glass material
  • the melt surface long-term stable to heat and / or electromagnetic radiation ⁇ .
  • conversion material 18 may be mixed into the melt surface and adjacent regions of the carrier 1.
  • the carrier 1 may have adjacent to the front side 5 a of the material of the semiconductor assembly ⁇ part 3 adapted refractive index in a range.
  • the refractive index may approach ⁇ with increasing distance from the front side 5 to the normal refractive index of the material of the carrier.
  • particles may be 1 angeord ⁇ net adjacent to the front side 5 in the material of the carrier in the region whose concentration decreases with increasing distance from the front side.
  • the particles may, for example, in a support 1 made of glass of silver and / or thallium and / or consist of nanoparticles to raise the refractive index in the direction of the front side 5 in the carrier 1.
  • electrical contacts 15, 16 and printed conductors 10, 11 can be applied to the semiconductor component 3 and onto the surface 2 of the carrier 1.
  • the metal contacts and the conductor tracks can have metals, in particular be formed from metal.
  • evaporation methods and photolithography methods can be used.
  • the front side 5 is the emission side, is discharged via the electromagnetic radiation in a radiation direction 9 on the front side 5 of the semiconductor device 3.
  • a first and a second conductor ⁇ web 10, 11 which are angeord ⁇ net on a top surface of the semiconducting ⁇ terbauteils 3 and on the surface 2 of the support 1.
  • An active region for transmitting or receiving electromagnetic radiation may be disposed in an upper portion of the semiconductor device 3 near the upper surface 12.
  • Fig. 4 shows a top view of the surface 2 of the substrate 1.
  • the surface 2 of the substrate 1 and the top 12 can be of the semi-conductor member ⁇ 3 coated with a mirror layer 13 partially or completely.
  • the semiconductor device 3 is arranged in a recess 4 of the carrier 1.
  • both the front side 5 and the side surfaces 6, 7, 8 are connected to the glass material of the carrier 1 via a solidified enamel surface.
  • the surface 2 of the Trä ⁇ gers 1 and the top surface 12 of the semiconductor device 3 with egg ⁇ ner mirror layer 13 is covered.
  • the semiconductor components in some contact pads 15, 16 which are each electrically conductively connected to a printed circuit ⁇ web 10.
  • the contact ⁇ pads 15, 16 and the conductor tracks 10, 11 are gebil- of an electrically conductive material, in particular made of metal det.
  • the conductor tracks 10, 11 may be gesin ⁇ tert in the surface 2 of the carrier 1.
  • the high temperature of the carrier 1 can be used after the melting process of the semiconductor component, ie the printed conductors are applied to the still hot carrier 3.
  • the mirror layer 13 is formed above the conductor tracks 10, 11.
  • the conductor tracks 10, 11 are applied to the surface 2 of the carrier 1, while the surface 2 of the carrier 1 still has a very high temperature, for example above 300 ° C. In this way, the high temperature of the upper surface 2 can be ⁇ for a sintering process of the conductive paths 10, ge ⁇ uses.
  • the conductor tracks 10, 11 are made of metal, for example.
  • FIG. 5 to 7 show different method steps of a further method for producing an arrangement with a carrier 1, wherein a semiconductor component 3 is arranged in a recess 4 of the carrier 1 made of glass material and is connected to the carrier 1 via a melt surface.
  • Fig. 5 shows in a schematic arrangement a carrier 1, which consists of a glass material.
  • a recess 4 is introduced in a surface 2 of the carrier 1, a recess 4 is introduced.
  • the recess 4 may substantially have the shape and size of the semiconductor device 3 or slightly larger in length and / or in the
  • the optoelectronic semiconductor device 3 is inserted, as shown in Fig. 6. Subsequently, the carrier 1 is we ⁇ antes heated as high in the region of the recess 4, that the glass material of the carrier 1 is softened and Wenig ⁇ least one, in particular to all surfaces of the semiconductor assembly ⁇ part 3 abuts against. Subsequently, the arrangement is cooled. In this way, the semiconductor device via Schmelzflä ⁇ surfaces of glass material of the carrier 1 to the carrier 1 is mechanically connected.
  • contact pads 15, 16 are placed on the upper side 12 of the half-frame. conductor component 3 applied.
  • printed conductors 10, 11 are applied to the upper side 12 of the semiconductor component 3 and to the surface 2 of the carrier 1.
  • the contact pads and / or the conductor tracks can have metal or be formed from metal.
  • evaporation methods and photolithography methods can be used.
  • a mirror layer 13 can be applied to the upper side 12 of the semiconductor component 3 and to the surface 2 of the carrier 1.
  • conversion material can see between the semiconductor device and the carrier, in particular in the region of the front side 5 of the semiconductor device before
  • Fig. 8 shows a view of the arrangement of Fig. 7 from above.
  • the conductor tracks 10, 11 can be sintered into the surface 2 of the carrier 1.
  • the high temperature of the carrier 1 during remelting of the semiconductor device 3 can be exploited.
  • the electrical contact pads 15 in the described method of Figures 1 and 2 16 disposed of electrically conductive material, in particular ⁇ sondere of metal and the conductor tracks 10, 11, which may also comprise metal, already on the semiconductor component 3 be before the semiconductor device 3 is introduced into the Trä ⁇ ger 1 and connected via at least one melt surface with the carrier 1.
  • the melt surface between the semiconductor component 3 and the support 1 can be provided ⁇ according to another method using glass material 17 here, which is introduced between the semiconductor device 3 and the substrate 1 before the melting process.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of corresponding method steps.
  • a carrier 1 is provided from a Glasma ⁇ material with a recess 4.
  • the glass material 17 may be in the form of powder or te Pas ⁇ or a pasty liquid.
  • the glass material 17 may have the same or a different composition than the glass material of the carrier 1.
  • the Glasma ⁇ TERIAL 17 may have the same or a different index of refraction than the glass material of the carrier. 1 In this way, by a suitable choice of the glass material 17, a thermal, optical, chemical and / or physical improved coupling between the semiconductor component 3 and the carrier 1 can be achieved.
  • conversion material 18 can be applied to the surfaces of the recess.
  • the glass material 17 may be mixed with the conversion material 18.
  • the semiconductor component 3 is inserted into the recess 4, as shown in FIG. 10, and then the remelting process is carried out.
  • the Glasma ⁇ TERIAL 17 is at least heated to the extent that a melt surface on the semiconducting ⁇ terbauteil 3 and / or on the carrier 1 is formed.
  • the carrier 1 can be heated as high to the recess 4 at least adjacent that at least areas are adjacent to the recess 4 and liquefied 29mel ⁇ zen with the glass material 17th
  • contact pads 15, 16 and electrical conductor tracks 10, 11 can be applied to the upper side 12 of the semiconductor device 3 and to the surface 2 of the carrier 1.
  • the contact pads and / or the Kausbah ⁇ nen may have metal or be formed of metal. For this purpose, evaporation methods and photolithography methods can be used.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a top view of the arrangement of FIG. 11.
  • a mirror layer 13 can additionally be applied to the surface 2 of the carrier 1 and to the top side 12 of the semiconductor component 3.
  • a conversion material 18 may be introduced between the carrier 1 and the semiconductor device 3.
  • the Fi gures ⁇ 13 to 15 show a corresponding method in which at surfaces of the recess 4, in particular on a bottom surface of the recess 4, a conversion material is disposed 18th Fig.
  • the semiconductor device 3 contact pads 15,16 with metal. Even with the at ⁇ whose procedures, the semiconductor device 3 could of
  • Fig. 15 shows a schematic top view of the arrangement of Fig. 14, wherein the semiconductor device 3 via
  • Melting surfaces on both the side surfaces and on the front 5 is connected to the carrier 1.
  • conversion material 18 is formed in the region of the melt surface in the carrier 1.
  • contact pads 15, 16 can be applied to the upper side 12 of the semiconductor component 3.
  • electrical conductor tracks 10, 11, which are electrically conductively connected to the contact pads 15, 16, can be applied to the surface 2 of the carrier 1 and to the top side 12 of the semiconductor component 3.
  • a mirror layer 13 on the surface of the second of the carrier 1 and on the top 12 of the Halbleiterbau ⁇ part 3 are applied.
  • FIG. 16 shows, in a schematic cross-sectional illustration, a further embodiment in which the carrier 1 has a continuous recess 4 in which the semiconductor component 3 is arranged.
  • the semiconductor device 3 is connected to the carrier 1 only with at least one side surface via a fused surface.
  • a front side 5 of the semiconductor component 3 is free of the melt surface and free of material of the carrier 1.
  • the melt surface may have been generated by the material of the carrier 1.
  • many of the glass material 17 may be disposed between at least one side surface of the semiconductor device 3 and the surfaces of the recess 4 of the carrier 1 and may have been converted to a melt ⁇ surface.
  • contact pads 15, 16 and conductor tracks 10, 11, which extend as far as the surface 2 of the carrier 1, can be applied to the semiconductor component 3.
  • FIGS. 19 to 21 show method steps for producing a carrier 1 with a plurality of semiconductor components, which are subsequently singulated.
  • a part of a carrier 1 is shown.
  • the carrier 1 comprises a plurality of semiconductor components 3 which have been produced by means of at least one of the described methods with a glass melting surface.
  • trenches 20 for example in the form of V-grooves are turned ⁇ introduced into the surface 2 of the support. 1
  • the surface 2 of the carrier 1 printed conductors 10, 11 and a mirror layer 13 applied.
  • the side surfaces 21, 22 of the trenches 20 are covered with the mirror layer 13. This process status is shown in FIG.
  • the SMD contacts are connected, for example, by means of solder 29 via a solder connection to the contact pads 15, 16 and / or to the conductor tracks 10, 11.
  • solder material 29 is pressed laterally over the SMD contacts 23, 24 on the inclined side surface 21,22.
  • an optical check of the side surfaces 21, 22 can be used to check whether solder material is present. Is no brazing material is present, it may indicate ei ⁇ ne faulty solder joint between the contact pad and the conductor track and the SMD contact.
  • SMD contacts other contacts may be provided.
  • SMD contacts and electronic components can be connected directly to the semiconductor device.
  • the carrier 1 may additionally Kunststoffstif ⁇ te 25, 26 have.
  • the contact pins 25, 26 can be plugged into the soft carrier 1 during the remelting process, for example.
  • the contact pins 25 protrude, 26 from a front side For ⁇ te 27 of the support 1 out.
  • the contact pins 25, 26 may be made of an electrically conductive material, such as metal, formed and in an end region of the conductor tracks 10, 11 adjacent and with the conductor tracks 10, 11th
  • the Kunststoffstif ⁇ te 25, 26 can contribute to the assembly of the carrier 1 and are used as electrical contacts to the conductor tracks, and thus the semiconductor devices.
  • the contact pins 25 project out of the surface 2 of the support 1 26 may.
  • the support 1 consists for example of afroschmel ⁇ collapsing glass having an appropriate viscosity already at a temperature of 300 ° C to Zvi ⁇ rule form a melt surface of the carrier 1 and the semiconductor component.
  • FIG. 23 shows, in a schematic top view, a carrier 1 into which a multiplicity of semiconductor components 3 has been introduced according to one of the methods described above.
  • the semiconductor devices 3 are at least over one
  • the carrier 1 may be singulated in subunits with at least one or more semiconductor devices.
  • Fig. 24 shows a schematic cross section through an arrangement in which two carriers 1, which are formed for example in accordance Fi gur ⁇ 23 and was prepared according to any of the foregoing methods, are arranged one above the other.
  • Each carrier 1 has a plurality of semiconductor components, in particular ⁇ special luminescent chips on.
  • a lower carrier 1 three semiconductor devices 3 are arranged in the form of light chips in a Rei ⁇ hey.
  • the upper carrier 1 two semiconductor devices 3 are arranged in a row. Both the upper and the lower carrier may have several rows of Halbleiterbau ⁇ share.
  • Both the light-emitting chips 3 of the upper beam 1 and the light-emitting chips 3 of the lower beam 1 are arranged in such a way that they have a common Abstrahlrich ⁇ tung 9 downwards. Using this arrangement can be achieved with a small-scale Ausbil ⁇ extension of the arrangement, a high luminance.
  • a semiconductor device or a plurality of semiconductor components 3 in particular ⁇ sondere light-emitting chips may be disposed.
  • more than one carrier can be arranged one above the other.
  • the luminescent chips may consist of a material which is permeable to the emitted electromagnetic radiation, in particular the luminescent chips may be formed on the basis of sapphires. In the Representation of FIG. 24 are individual details such as the Anord ⁇ voltage of the conductor paths, the arrangement of the conversion material, etc. are not shown explicitly.
  • the supports 1 may have been prepared according to one of the methods described above.
  • a semiconductor component 3 may, for example, be in the form of a luminescence diode and have a sapphire carrier with an AlGaNIn epitaxial layer.
  • the semiconductor components are at least partially fused into glass, wherein the active layer, in particular the semiconductor epitaxial layer, is freely accessible and can be processed further.
  • the active layer in particular the semiconductor epitaxial layer
  • a benefit ie a carrier having a plurality of semiconductor components embedded in glass, in particular light-emitting diodes, can be produced.
  • the contact side of the semiconductor components is open and is freely accessible.
  • the fine and barely perceptible electrical conductor tracks 10, 11 can subsequently be applied, for example by screen printing methods, to the semiconductor components and onto the top side of the carrier.
  • the particularly high temperatures Tempe ⁇ for example, above 800 ° C, for expelling
  • the semiconductor components embedded in the carrier are free of metallic contact layers and / or mirror layers and / or conductor tracks.
  • the semiconductor components embedded in the carrier are free of metallic contact layers and / or mirror layers and / or conductor tracks.
  • the semiconductor components embedded in the carrier are free of metallic contact layers and / or mirror layers and / or conductor tracks.
  • Prefabricated light-emitting diodes are embedded in the carrier with metallic contact surfaces, mirror surfaces and redistribution layers.
  • a carrier can be produced which only encloses the semiconductor components laterally and whose contact side and its opposite front remain openly accessible.
  • the embedding is carried out inorganically either by heating the carrier or by melting a glass material, which is arranged between the carrier and the semiconductor component.
  • the glass material may be mixed with a phosphor.
  • phosphor may o- into the recess of the carrier of be applied to the carrier and be in the miteingeschmolzen Schmelzflä ⁇ surface.
  • the optoelectronic Halbleiterbau ⁇ parts in the form of light-emitting chips in particular in the form of
  • the carrier 1 can have optical structures 28 both in the region of the recess 4 and on a radiation side, which guide the electromagnetic radiation enable.
  • the optical structures may be in the form of concave and / or convex surfaces.
  • the optical structures may be in the form of lenses or reflectors or mirrors.
  • the optical structures 28 may also be designed to allow a mixture, ie a dispersion of the differently colored electromagnetic radiation of the semiconductor components. Thus, the light of the three different LEDs may appear as a homogeneous light source.
  • the one or more supports 1 may be in the form of flat plates or in the form of curved plates or in the form of plates a plurality of offset in height surfaces.
  • the melting of the semiconductor devices at the glass-drawing process in the liquid state of the carrier can for example take on a bad ⁇ tin.
  • the semiconductor devices 3 of the two carriers 1 may comprise light-emitting diodes which emit electromagnetic radiation having different wavelengths. Thus, red, green and blue light can be mixed well even in this An ⁇ order and a homogeneous light can be generated. Furthermore, it can be achieved in the stack arrangement of FIG. 24 that the conductor tracks or the semiconductor components themselves are less visible.
  • the carrier 1 may already have color particles and thus be colored in color and / or black.
  • the proposed methods and arrangements enable a radiation-stable embedding of the semiconductor components in a glass matrix.
  • the decoupling of the electromagnetic radiation ⁇ rule for example in the training of optoelectronic semiconductor components as light-emitting chips occurs because ⁇ in directly into the glass.
  • the refractive index of the glass material of the Carrier may in this case be adapted to the material of the semiconductor device or at least be approximated to the refractive index of the semi ⁇ conductor member.
  • the carrier ⁇ di rectly as a light guide may, for example, lighting for a background reports or the like such as are used for example in a mobile phone ⁇ .
  • an increased thermal conductivity is provided, so that an improved cooling of the semiconductor components can be achieved compared with the use of organic embedding masses.
  • the carrier consists of glass material can more functions inneha ⁇ ben: mechanical lamp and lamp holder, which may for example also be equipped with a SMD component; Heat sink with metal tracks on the back as mirror surfaces and to improve the heat spreading; Light distribution and light shaping elements (side light guides, diffuser surface, (TIR) prism surface); Decoupling element (prisms, lenses, etc.); Packaging material for semiconductor components, in particular for light-emitting chips, in particular light-emitting diodes and Kon ⁇ verter; Platform for electrical feeders; Design element.
  • mechanical lamp and lamp holder which may for example also be equipped with a SMD component
  • Heat sink with metal tracks on the back as mirror surfaces and to improve the heat spreading Light distribution and light shaping elements (side light guides, diffuser surface, (TIR) prism surface); Decoupling element (prisms, lenses, etc.); Packaging material for semiconductor components, in particular for light-emitting chips, in particular light-emitting diodes and Kon ⁇ verter; Platform for electrical feeders; Design element
  • the formation of the recesses 4 can be produced, for example, by means of etching, deep drawing, hot pressing, hot stamping, milling, drilling or grinding. Depending on the selected embodiment can be applied to the support and in particular the semiconductor devices on match ⁇ de contacts SMD components such as drivers and / or sensors.
  • the glass material used may be a low-melting glass.
  • the low-melting glass is a silicate glass, a borate glass or a phosphate glass.
  • the silicate glass as the main constituent part ⁇ Si02, the borate glass contains as a main component B203 and the phosphate glass contains as a main component P205.
  • the Silicate glass can further metal oxides such as B203, P205, Na20, K20 and / or AgO containing the borate glass may contain further Me ⁇ -metal oxides such as Si02, P205, Na20, K20, PbO and AgO and the phosphate glass may contain further metal oxides such as B203, Si02, Na20 , K20 and / or AgO.
  • a content of AgO is, for example, at least 20% by weight or 40% by weight.
  • an inorganic glass such as a soda lime glass.
  • glasses which melt at a high temperature can also be used as the glass material.
  • glass mixtures can also be used as glass material.
  • the glass material can be used in the form of a glass frit into another glass material is infil ⁇ trated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Träger (1) aus einem Glasmaterial, mit wenigstens einer Ausnehmung (4), wobei in der wenigstens einen Ausnehmung (4) des Trägers wenigstens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (3) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Fläche des Halbleiterbauteils (3) über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger (1) verbunden ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers aus Glasmaterial mit einem Halbleiterbauteil.

Description

ANORDNUNG MIT EINEM TRÄGER AUS EINEM GLASMATERIAL UND EINEM OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUTEIL
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Träger aus einem Glasmaterial mit einem optoelektronischen Halbleiterbauteil gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit einem Träger aus einem Glasmaterial und einem optoelektronischen Halbleiterbauteil gemäß Pa¬ tentanspruch 17.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 119 343.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Aus DE 10 2014 100584 AI ist ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und ein optoelektronisches Halbleiterbauteil bekannt, wobei das optoelektronische Halbleiterbauteil auf einem Glasträger angeordnet ist oder in einer Ausnehmung des Glasträgers angeordnet ist. Das Halblei¬ terbauteil ist über ein Füllmedium beispielsweise aus Silikon mit dem Glasträger mechanisch verbunden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte An¬ ordnung mit einem Träger aus einem Glasmaterial und einem mit dem Träger verbundenen optoelektronischen Halbleiterbauteil bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Anord- nung aus einem Träger aus einem Glasmaterial und einem opto¬ elektronischen Halbleiterbauteil bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Patentan- spruch 17 gelöst.
Weitere Ausführungsformen der Anordnung des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass eine sichere und langzeitstabile Verbindung zwischen dem Trä¬ ger aus Glasmaterial und dem Halbleiterbauteil erreicht wird. Insbesondere ist die Verbindung alterungsunempfindlich gegenüber Wärme und Licht. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass das Halbleiterbauteil über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbunden ist. Auf diese Weise wird für die Ausbildung der mechanischen Verbindung zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauteil auf organische Stoffe verzichtet.
In einer Ausführungsform ist wenigstens eine Frontseite des Halbleiterbauteils über die Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbunden. Durch die Verbindung über die Frontseite ist eine großflächige Ankopplung zwischen dem Halbleiterbau¬ teil und dem Träger erreicht. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch weitere Seiten des Halbleiterbauteils mit einer Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbun¬ den sein. Die Frontseite kann die Seite sein, über die elekt- romagnetische Strahlung vom Halbleiterbauteil abgegeben oder aufgenommen wird. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann als Leuchtchip oder als Sensorchip ausgebildet sein. Der Leuchtchip kann als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgebil¬ det sein. Der Sensorchip kann ausgebildet sein, um elektro- magnetische Strahlung zu empfangen. Insbesondere kann der
Sensorchip als optischer Sensor oder als Solarzelle ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Seiten- fläche des Halbleiterbauteils mit dem Träger über eine
Schmelzfläche aus Glas verbunden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine Verbindung nur über eine Seitenfläche für eine sichere Befestigung des Halbleiterbauteils am Träger ausreichen. Weiterhin können abhängig von der gewähl- ten Ausführungsform mehrere Seitenflächen, insbesondere alle Seitenflächen des Halbleiterbauteils über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbunden sein. Zudem kann zusätzlich zu den Seitenflächen auch eine Frontseite des Halbleiterbau- teils mit dem Träger über eine Schmelzfläche aus Glas verbun¬ den sein. Zudem können zusätzlich zu den Seitenflächen auch beide Frontseiten des Halbleiterbauteils mit dem Träger über eine Schmelzfläche aus Glas verbunden sein. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauteils ist dann über Durchführungen durch den Träger zum Halbleiterbauteil geführt.
Bei der Ausbildungsform, bei der das Halbleiterbauteil über wenigstens eine Seitenfläche mit dem Träger verbunden ist, kann die Frontseite des Halbleiterbauteils frei von dem Trä¬ ger angeordnet sein, wobei das Halbleiterbauteil in einer durchgehenden Ausnehmung des Trägers angeordnet ist und seit¬ lich mit dem Träger verbunden ist. In einer Ausführungsform ist die Schmelzfläche aus dem glei¬ chen Glasmaterial wie der Träger gebildet. Somit kann durch eine Erwärmung des Trägers und eine Kontaktierung des Halb¬ leiterbauteils mit dem Träger die Schmelzfläche zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauteil ausgebildet werden. Damit ist die Schmelzfläche stoffeinheitlich aus dem gleichen Mate¬ rial wie der Träger gebildet. Dadurch wird eine sichere und langzeitstabile Befestigung des Halbleiterbauteils mit dem Träger ermöglicht. Weiterhin werden dadurch optoelektronische Eigenschaften des Trägers auch im Bereich der Schmelzfläche ohne wesentliche Änderung beibehalten. Insbesondere ist ein Brechungsindex des Glasmaterials des Trägers auch im Wesent¬ lichen im Bereich der Schmelzfläche erhalten. Somit kann eine definierte Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung im Übergangsbereich zwischen dem Halbleiterbauteil und dem Trä- ger erreicht werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das optoelektronische Halbleiterbauteil als Leuchtchip, ins¬ besondere als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgebildet ist. Auch bei der Ausbildung des Halbleiterbauteils in Form eines Sensors ist diese Eigenschaft von Vorteil.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schmelzfläche aus einem Glasmaterial gebildet, das für den Verbindungsvorgang zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauteil angeordnet wird. Das Glasmaterial kann im Wesentlichen eine ähnliche o- der gleiche Zusammensetzung wie das Glasmaterial des Trägers aufweisen. Weiterhin kann jedoch auch das Glasmaterial für die Ausbildung der Schmelzfläche eine andere Zusammensetzung als das Glasmaterial des Trägers aufweisen. Somit kann eine individuelle Anpassung der mechanischen, chemischen und/oder optischen Eigenschaften der Schmelzfläche unabhängig vom Glasmaterial des Trägers festgelegt werden. Dadurch werden eine erhöhte Flexibilität und insbesondere eine optimierte Ausbildung der Schmelzfläche ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform kann Konversionsmaterial in der Schmelzfläche angeordnet sein. Somit kann eine vom opto¬ elektronischen Bauelement ausgesendete elektromagnetische Strahlung wenigstens teilweise zu einer anderen Wellenlänge verschoben werden. Die Anordnung des Konversionsmaterials in der Schmelzfläche ermöglicht einen kompakten und einfachen Aufbau der Anordnung. In einer weiteren Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil elektrische Kontakte auf, wobei Leiterbahnen auf dem Halblei¬ terbauteil und auf dem Träger angeordnet sind, die zu den elektrischen Kontakten des Halbleiterbauteils geführt sind. Dadurch ist eine erhöhte Flexibilität bei der Anordnung der Leiterbahnen gegeben.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Leiterbahnen in eine Oberseite des Trägers gesintert. Auf diese Weise wird eine stabile Befestigung der Leiterbahnen mit dem Träger er- reicht. Insbesondere kann das Sintern der Leiterbahnen mit einem Abkühlen des Trägers während des Herstellungsverfahrens kombiniert werden kann. Somit kann die zur Verbindung des Trägers mit dem Halbleiterbauteil erforderliche hohe Tempera¬ tur des Trägers gleichzeitig für die Ausbildung der Leiter- bahnen, insbesondere zur Ausbildung von metallischen Leiterbahnen genutzt werden. In einer weiteren Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil wenigstens teilweise ein Material auf, das für elektromagne¬ tische Strahlung durchlässig ist. Insbesondere kann das Halb¬ leiterbauteil als Leuchtchip ausgebildet sein. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Leuchtchip ein Material aufweist, das durchlässig für die vom Leuchtchip ausgesendete elektromagne¬ tische Strahlung ist. Beispielsweise kann der Leuchtchip ein Saphirmaterial aufweisen. Bei dieser Ausführungsform kann der Leuchtchip in alle Richtungen abstrahlen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung in Form eines durch den Träger gehenden Loches ausgebildet, wobei ei¬ ne Frontseite des Halbleiterbauteils einer offenen Fläche der Ausnehmung zugeordnet ist. Auf diese Weise muss eine vom Halbleiterbauteil aufgenommene oder abgegebene elektromagne¬ tische Strahlung nicht durch das Glasmaterial des Trägers ge¬ hen. Somit kann eine Empfangscharakteristik und/oder eine Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauteils in der beschrie¬ benen Anordnung verbessert oder verändert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Träger mit jeweils einem Halbleiterbauteil übereinander angeordnet. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Halbleiterbauteil aus einem Leuchtchip ausgebildet ist. Somit kann bei einer gerin- gen flächigen Ausbildung eine hohe Leuchtdichte durch die in der Höhe versetzten und seitlich versetzten Leuchtchips erreicht werden. Zudem können beim dieser Ausführung in den Trägern Leuchtchips angeordnet sein, die verschiedene Wellen¬ längen emittieren. Beispielsweise können Leuchtchips vorgese- hen sein, die blaues Licht, rotes Licht und grünes Licht emittieren. Insbesondere können Leuchtchips mit verschiedenen Wellenlängen vorgesehen sein, um ein Mischlicht mit einer gewünschten Farbe zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Leucht¬ chip, der blaues Licht erzeugt, ein Leuchtchip, der rotes Licht erzeugt, und ein Leuchtchip, der grünes Licht erzeugt, im Träger vorgesehen sein, um weißes Mischlicht zu erzeugen. Zudem können auch Leuchtchips im Träger angeordnet sein, die Infrarotlicht oder UV-Licht erzeugen. Bei der Erzeugung von UV-Licht weist der Träger aus Glasmaterial den Vorteil auf, dass der Träger langzeitstabil für UV-Licht ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Träger Elemente zum Beeinflussen der Strahlung, insbesondere Spiegelflächen, Farbpartikel und/oder strahlungsführende Strukturen aufwei¬ sen. Dadurch wird ein kompaktes Bauteil mit den zusätzlichen Funktionen bereitgestellt. In einer weiteren Ausführung weist der Träger ein poröses erstes Glasmaterial auf, in das wenigstens angrenzend an das Halbleiterbauteil ein niedriger schmelzendes zweites Glasma¬ terial eingebracht, insbesondere infiltriert ist. Das erste Glasmaterial weist einen höheren Schmelzpunkt als das zweite Glasmaterial auf. Zudem kann das erste Glasmaterial in Form einer Glasfritte ausgebildet sein, in die das zweite Glasma¬ terial infiltriert ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Träger aus dem porösen ersten Glasmaterial bestehen, wobei in den gesamten Träger das zweite Glasmateri- al eingebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Seitenfläche des Trägers angrenzend an die Oberfläche geneigt ange¬ ordnet. Diese Seitenfläche kann beispielsweise für eine opti- sehe Kontrolle einer Lotverbindung verwendet werden. Wird auf die Oberfläche der Anordnung ein Bauteil mit einem Kontakt über eine Lotverbindung angebracht, so wird überflüssiges Lot seitlich auf die geneigte Seitenfläche gedrückt. Das Vorhan¬ densein von Lot auf der geneigten Fläche kann beispielsweise mit einer optischen Kontrolle zur Überprüfung einer korrekt ausgeführten Lotverbindung verwendet werden.
Das vorgeschlagene Verfahren weist den Vorteil auf, dass das Halbleiterbauteil über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbunden wird. Auf diese Weise kann für die Ausbil¬ dung der Verbindungsfläche auf organisches Material verzich¬ tet werden. Dadurch ist eine erhöhte Stabilität gegenüber elektromagnetischer Strahlung und/oder Wärme gegeben. In einer Ausführungsform kann das Substrat für das Halbleiterbauteil oder das Halbleiterbauteil in eine Glasschmelze des Trägers eingedrückt werden und auf diese Weise zusätzlich zur Ausbildung der Schmelzfläche auch die Ausnehmung in den Träger wenigstens teilweise eingebracht werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Träger vor dem Eindrücken des Substrates bzw. des Halbleiterbauteils bereits eine Teilausnehmung aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewähl- ten Ausführungsform der Träger eine plane Oberfläche aufwei¬ sen, in die das Substrat oder das Halbleiterbauteil einge¬ drückt wird.
Weiterhin kann die Ausbildung der Schmelzfläche durch ein Glasmaterial erzeugt werden, das zwischen dem Träger und dem Substrat oder dem Halbleiterbauteil eingebracht wird. Durch eine entsprechende Erwärmung des Glasmaterials wird das Glas¬ material verflüssigt, so dass sich eine Schmelzfläche an we¬ nigstens einer Fläche des Substrates oder des Halbleiterbau- teils ausbilden kann. Nach dem Abkühlen des Glasmaterials ist eine stabile Schmelzfläche aus dem Glasmaterial gebildet, wo¬ bei die Schmelzfläche sowohl am Substrat oder am Halbleiter¬ bauteil als auch am Träger ausgebildet ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann auf organische Materialien zur mechani- sehen und/oder optischen Kopplung zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauteil bzw. zwischen dem Träger und dem Substrat verzichtet werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Substrat oder das Halbleiterbauteil vor dem Ausbilden der Schmelzflä¬ che keine metallischen Kontakte oder Leiterbahnen aufweisen. Dadurch können höhere Temperaturen bei der Ausbildung der Schmelzfläche verwendet werden. In einer weiteren Ausführung kann das Halbleiterbauteil vor dem Ausbilden der Schmelzfläche metallische Kontakte und/oder metallische Leiterbahnen aufweisen. In einer Ausführungsform wird nach dem Anordnen des Substrates in der Ausnehmung des Trägers das optoelektronische Halb¬ leiterbauteil auf dem Substrat hergestellt, wobei insbesonde¬ re eine aktive Zone zum Empfangen und/oder zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung auf dem Träger angrenzend an die Ausnehmung ausgebildet wird. Die aktive Zone wird insbe¬ sondere als Epitaxieschicht ausgebildet, wobei die Epita¬ xieschicht auf dem Substrat und auf dem Träger im We¬ sentlichen mit der gleichen Struktur ausgebildet wird. Auf diese Weise kann eine Nahordnung eines strukturierten Substrates, insbesondere eines strukturierten Saphirsubstrates in eine Fernordnung der aktiven Zone auf dem Träger übertragen werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann sich die Epitaxieschicht mit der gleichen Struktur wie auf dem Substrat wenigstens einige ym oder einige mm oder mehr seitlicher Richtung weg von der Ausnehmung auf dem Träger ausbilden. Somit kann eine aktive Zone auch seitlich neben der Ausnehmung auf dem Träger ausgebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Einbringen des Substrates in die Ausnehmung des Trägers eine aktive Zone zum Senden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung auf dem Substrat abgeschieden wird und ein optoelektro¬ nisches Halbleiterbauteil hergestellt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Fig.1-4 ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem Träger und einem Halbleiterbauteil,
Fig.5-8 ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem Träger aus Glasmaterial und einem Halbleiterbauteil , Fig.9-12 ein drittes Verfahren zur Herstellung eines Trägers mit einem Halbleiterbauteil, Fig.13-15 ein viertes Verfahren zur Ausbildung einer Anordnung mit einem Träger und einem Halbleiterbauteil,
Fig. 16 eine weitere Ausführungsform eines Trägers mit einem
Halbleiterbauteil ,
Fig. 17 eine Ansicht der Anordnung der Fig. 16 von oben,
Fig. 18 eine weitere Anordnung mit Spiegelschichten, Fig.19-21 ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers mit einem Halbleiterbauteil mit SMD-Kontakten,
Fig. 22 einen Träger mit Kontaktstiften, Fig. 23 einen Träger mit mehreren Halbleiterbauteilen,
Fig. 24 eine Anordnung mit zwei übereinander angeordneten
Trägern mit Halbleiterbauteilen, und Fig. 25 einen Träger mit drei Halbleiterbauteilen in einer
Ausnehmung zeigt.
Im Folgenden werden die vorgeschlagenen Anordnungen und die vorgeschlagenen Verfahren am Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils in Form eines Leuchtchips beschrie¬ ben. Der Leuchtchip kann als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgebildet sein. Anstelle des Leuchtchips kann das opto¬ elektronische Halbleiterbauteil auch in Form eines Sensors, insbesondere in Form eines optischen Sensors ausgebildet sein. Der Sensor kann als optischer Sensor zum Empfangen einer elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein. Zudem kann der Sensor als Solarzelle ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Halbleiterbauteil auf einem Saphirträger aufgebaut sein, auf dem eine aktive Zone beispielsweise zum Senden und/oder zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung angeordnet ist. Die aktive Zone kann in Form einer Epischicht auf den Saphirträger aufgebracht sein. Weiterhin kann die Halbleiterschicht mit der aktiven Zone be¬ reits metallische Kontakte und/oder metallische Leiterbahnen aufweisen. Anstelle von Saphir kann auch jedes andere Halbleitermaterial verwendet werden, das sich für die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils eignet.
Fig. 1 zeigt drei Verfahrensschritte zur Herstellung einer Anordnung mit einem Halbleiterbauteil 3 in einer Ausnehmung 4 eines Trägers 1 aus einem Glasmaterial. Das Halbleiterbauteil 3 weist ein Substrat 29 und eine aktive Zone 14 zum Senden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung auf. Das Substrat 29 kann beispielsweise aus Saphir gebildet sein. Im Folgenden wird die Einbettung des Halbleiterbauteils 3 in den Träger 1 beschrieben. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die aktive Zone 14 auch erst nach dem Ausbil- den der Schmelzverbindung zwischen dem Substrat 29 und dem
Träger 1 auf dem Substrat 29 abgeschieden und somit erst nach dem Ausbilden der Schmelzverbindung zwischen dem Substrat und dem Träger 1 ein Halbleiterbauteil 3 erhalten werden. Fig. 1 zeigt einen Träger 1 in schematischer Seitenansicht, wobei der Träger 1 in Form einer Glasplatte ausgebildet ist. Der Träger 1 wird so hoch erhitzt, bis ein Schmelzpunkt des Glasmaterials erreicht wird und der Träger 1 wenigstens im Bereich einer Oberfläche 2 so weich wird, dass ein optoelekt- ronisches Halbleiterbauteil 3 in die Oberfläche 2 von selbst einsinken kann oder wenigstens teilweise eingedrückt werden kann .
Fig. 1 zeigt das optoelektronische Halbleiterbauteil 3 vor dem Eindrücken in den erwärmten Träger 1. In Fig. 1 ist auf der Oberfläche 2 unter dem Halbleiterbauteil 1 eine Schicht aus Konversionsmaterial 18 vorgesehen. Das Konversionsmaterial 18 kann zusätzlich auch seitlich am Halbleiterbauteil 3 angeordnet sein. Auf das Konversionsmaterial 18 kann auch verzichtet werden.
Fig. 2 zeigt die Anordnung mit dem Träger 1 nach dem Eindrü- cken des Halbleiterbauteils 3 in den Träger 1. Somit ist das Halbleiterbauteil 3 in einer Ausnehmung 4 des Trägers 1 ange¬ ordnet. Dabei kann auch Material des Trägers 1 verdrängt wer¬ den. Nach dem Abkühlen des Trägers 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel sowohl an einer Frontseite 5 als auch an allen vier Seitenflächen 6, 7, 8 des Halbleiterbauteils 3 eine er¬ starrte Schmelzfläche ausgebildet, die das Halbleiterbauteil 3 mechanisch und optisch an das Glasmaterial des Trägers 1 koppelt. Die Schmelzfläche kann dabei auch teilweise auf eine Rückseite des Halbleiterbauteils 3 gelangen, die der Front- seite 5 gegenüber liegt. Zudem kann das Substrat 29 oder das Halbleiterbauteil 3 auch vollständig im Träger 1 eingebettet sein, so dass alle Seiten des Halbleiterbauteils 3 mit vom Träger 1 bedeckt sind. Die Schmelzfläche ist aus dem gleichen Material wie der Trä¬ ger 1 gebildet und ermöglicht eine sichere und stabile, ins¬ besondere langzeitstabile, mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterbauteil 3 und dem Träger 1. Insbesondere ist bei der Ausbildung des Trägers 1 aus einem Glasmaterial die Schmelzfläche langzeitstabil gegenüber Wärme und/oder elekt¬ romagnetischer Strahlung. Im Bereich der Frontseite 5 kann, wie im Beispiel dargestellt, Konversionsmaterial 18 in die Schmelzfläche und angrenzende Bereiche des Trägers 1 gemischt sein. Weiterhin kann der Träger 1 in einem Bereich angrenzend an die Frontseite 5 einen an das Material des Halbleiterbau¬ teils 3 angepassten Brechungsindex aufweisen. Der Brechungs¬ index kann sich mit zunehmendem Abstand von der Frontseite 5 an den normalen Brechungsindex des Materials des Trägers 1 annähern. Beispielsweise können in dem Bereich angrenzend an die Frontseite 5 im Material des Trägers 1 Partikel angeord¬ net sein, deren Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Frontseite 5 abnimmt. Die Partikel können beispielsweise bei einem Träger 1 aus Glas aus Silber und/oder Thallium und/oder aus Nanopartikeln bestehen, um den Brechungsindex in Richtung auf die Frontseite 5 im Träger 1 anzuheben. Dadurch wird eine Lichtübertragung, insbesondere eine Lichtauskopplung zwischen dem Halbleiterbauteil 3 und dem Träger 1 verbessert.
Anschließend können, wie in Fig. 3 dargestellt, elektrische Kontakte 15,16 und Leiterbahnen 10,11 auf das Halbleiterbau¬ teil 3 und auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht werden. Die Metallkontakte und die Leiterbahnen können Metal- le aufweisen, insbesondere aus Metall gebildet werden. Dabei können Bedampfungsverfahren und Fotolithographieverfahren verwendet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Frontseite 5 die Abstrahlseite dar, über die elektromagnetische Strahlung in einer Abstrahlrichtung 9 über der Frontseite 5 des Halbleiterbauteils 3 abgegeben wird.
Schematisch sind in Fig. 3 eine erste und eine zweite Leiter¬ bahn 10, 11 dargestellt, die auf einer Oberseite des Halblei¬ terbauteils 3 und auf der Oberfläche 2 des Trägers 1 angeord¬ net sind. Eine aktive Zone zum Senden oder Empfangen einer elektromagnetischen Strahlung kann in einem oberen Bereich des Halbleiterbauteils 3 nahe der Oberseite 12 angeordnet sein .
Fig. 4 zeigt eine Ansicht von oben auf die Oberfläche 2 des Trägers 1. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Oberfläche 2 des Trägers 1 und die Oberseite 12 des Halb¬ leiterbauteils 3 mit einer Spiegelschicht 13 teilweise oder vollständig beschichtet sein. Das Halbleiterbauteil 3 ist in einer Ausnehmung 4 des Trägers 1 angeordnet. Dabei sind so- wohl die Frontseite 5 als auch die Seitenflächen 6, 7, 8, Über eine erstarrte Schmelzfläche mit dem Glasmaterial des Trägers 1 verbunden. Weiterhin ist die Oberfläche 2 des Trä¬ gers 1 und die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 mit ei¬ ner Spiegelschicht 13 bedeckt. Zudem weist das Halbleiterbau- teil Kontaktpads 15, 16 auf, die jeweils mit einer Leiter¬ bahn 10, 11 elektrisch leitend verbunden sind. Die Kontakt¬ pads 15, 16 und die Leiterbahnen 10, 11 sind aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall gebil- det. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Leiterbahnen 10, 11 in die Oberfläche 2 des Trägers 1 gesin¬ tert sein. Dabei kann die hohe Temperatur des Trägers 1 nach dem Einschmelzvorgang des Halbleiterbauteils verwendet wer- den, d.h. die Leiterbahnen werden auf den noch heißen Träger 3 aufgebracht. Die Spiegelschicht 13 ist oberhalb der Leiter¬ bahnen 10, 11 ausgebildet. Beim Sintern der Leiterbahnen 10, 11 werden die Leiterbahnen 10, 11 auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht, während die Oberfläche 2 des Trägers 1 noch eine sehr hohe Temperatur, beispielsweise über 300 °C aufweist. Auf diese Weise kann die hohe Temperatur der Ober¬ fläche 2 für einen Sinterprozess der Leiterbahnen 10, 11 ge¬ nutzt werden. Die Leiterbahnen 10, 11 werden beispielsweise aus Metall hergestellt.
Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit einem Träger 1, wobei ein Halbleiterbauteil 3 in einer Ausnehmung 4 des Trägers 1 aus Glasmaterial angeordnet ist und über eine Schmelzfläche mit dem Träger 1 verbunden ist. Fig. 5 zeigt in einer schematischen Anordnung einen Träger 1, der aus einem Glasmaterial besteht. In eine Oberfläche 2 des Trägers 1 ist eine Ausnehmung 4 eingebracht. Die Ausnehmung 4 kann im Wesentlichen die Form und die Größe des Halbleiterbauteils 3 aufweisen oder etwas größer in der Länge und/oder in der
Breite und/oder in der Höhe sein. In die Ausnehmung 4 wird das optoelektronische Halbleiterbauteil 3 eingelegt, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Anschließend wird der Träger 1 we¬ nigstens im Bereich der Ausnehmung 4 so hoch erhitzt, dass das Glasmaterial des Trägers 1 weich wird und sich an wenigs¬ tens eine, insbesondere an alle Flächen des Halbleiterbau¬ teils 3 anlegt. Anschließend wird die Anordnung abgekühlt. Auf diese Weise wird das Halbleiterbauteil über Schmelzflä¬ chen aus Glasmaterial des Trägers 1 mit dem Träger 1 mecha- nisch verbunden.
In einem folgenden Prozessschritt, der in Fig. 7 dargestellt ist, werden Kontaktpads 15, 16 auf die Oberseite 12 des Halb- leiterbauteils 3 aufgebracht. Zudem werden Leiterbahnen 10, 11 auf die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 und auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht. Die Kontaktpads und/oder die Leiterbahnen können Metall aufweisen oder aus Metall gebildet sein. Dazu können Bedampfungsverfahren und Fotolithographieverfahren verwendet werden. Zudem kann eine Spiegelschicht 13 auf die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 und auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht werden. Auch bei dieser Ausführungsform kann Konversionsmaterial zwi- sehen dem Halbleiterbauteil und dem Träger, insbesondere im Bereich der Frontseite 5 des Halbleiterbauteils vor dem
Schmelzvorgang angeordnet werden.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht der Anordnung der Fig. 7 von oben. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Leiterbahnen 10, 11 in die Oberfläche 2 des Trägers 1 gesintert werden. Dazu kann die hohe Temperatur des Trägers 1 beim Um- schmelzen des Halbleiterbauteils 3 ausgenutzt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können bei dem beschriebenen Verfahren der Figuren 1 und 2 die elektrischen Kontaktpads 15, 16 aus elektrisch leitendem Material, insbe¬ sondere aus Metall und die Leiterbahnen 10, 11, die ebenfalls Metall aufweisen können, bereits auf dem Halbleiterbauteil 3 angeordnet sein, bevor das Halbleiterbauteil 3 in den Trä¬ ger 1 eingebracht und über wenigstens eine Schmelzfläche mit dem Träger 1 verbunden wird.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann gemäß einem weiteren Verfahren die Schmelzfläche zwischen dem Halbleiterbauteil 3 und dem Träger 1 mithilfe von Glasmaterial 17 her¬ gestellt werden, das zwischen das Halbleiterbauteil 3 und den Träger 1 vor dem Schmelzprozess eingebracht wird. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung entsprechende Ver- fahrensschritte . In Fig. 9 ist ein Träger 1 aus einem Glasma¬ terial mit einer Ausnehmung 4 vorgesehen. In die Ausnehmung 4 ist wenigstens auf einer Fläche der Ausnehmung 4, insbesonde¬ re auf allen Flächen der Ausnehmung 4, Glasmaterial 17 ange- ordnet. Das Glasmaterial 17 kann in Form von Pulver oder Pas¬ te oder einer pastösen Flüssigkeit ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Glasmaterial 17 die gleiche oder eine andere Zusammensetzung als das Glasma- terial des Trägers 1 aufweisen. Insbesondere kann das Glasma¬ terial 17 den gleichen oder einen anderen Brechungsindex als das Glasmaterial des Trägers 1 aufweisen. Auf diese Weise kann durch eine entsprechende Wahl des Glasmaterials 17 eine thermische, optische, chemische und/oder physikalische ver- besserte Kopplung zwischen dem Halbleiterbauteil 3 und dem Träger 1 erreicht werden. Zudem kann Konversionsmaterial 18 an die Flächen der Ausnehmung aufgebracht werden. Das Glasmaterial 17 kann mit dem Konversionsmaterial 18 gemischt sein. Das Halbleiterbauteil 3 wird, wie in Fig. 10 dargestellt ist, in die Ausnehmung 4 eingelegt und anschließend wird der Um- schmelzprozess ausgeführt. Dabei wird wenigstens das Glasma¬ terial 17 soweit erwärmt, dass eine Schmelzfläche am Halblei¬ terbauteil 3 und/oder am Träger 1 ausgebildet wird. Anschlie¬ ßend wird die Anordnung abgekühlt. Zudem kann auch der Träger 1 wenigstens angrenzend an die Ausnehmung 4 so hoch erwärmt werden, dass wenigstens Bereiche angrenzend an die Ausnehmung 4 verflüssigt werden und mit dem Glasmaterial 17 verschmel¬ zen . Wie in Fig. 11 dargestellt ist, können Kontaktpads 15, 16 und elektrische Leiterbahnen 10, 11 auf die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 und auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht werden. Die Kontaktpads und/oder die Leitungsbah¬ nen können Metall aufweisen oder aus Metall gebildet sein. Dazu können Bedampfungsverfahren und Fotolithographieverfahren eingesetzt werden.
Fig. 12 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von oben auf die Anordnung der Fig. 11. Dabei kann eine Spie- gelschicht 13 zusätzlich auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 und auf die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 aufgebracht werden . In der gleichen Weise wie das Glasmaterial 17 kann anstelle oder zusätzlich ein Konversionsmaterial 18 zwischen den Träger 1 und dem Halbleiterbauteil 3 eingebracht werden. Die Fi¬ guren 13 bis 15 zeigen ein entsprechendes Verfahren, bei dem an Flächen der Ausnehmung 4, insbesondere an einer Bodenfläche der Ausnehmung 4 ein Konversionsmaterial 18 angeordnet ist. Fig. 13 zeit den Verfahrensschritt, bei dem das Halblei¬ terbauteil 3 wird in die Ausnehmung 4 eingelegt wird, wobei zwischen dem Halbleiterbauteil 3 und dem Träger 1 Konversi- onsmaterial 18 insbesondere im Bereich der Frontseite 5 ange¬ ordnet ist. Zudem weist in dieser Ausführung das Halbleiterbauteil 3 Kontaktpads 15,16 mit Metall auf. Auch bei den an¬ deren Verfahren könnte das Halbleiterbauteil 3 vor dem
Schmelzvorgang Kontaktpads 15,16 aufweisen. Zudem könnte bei diesem Verfahren auch ein Halbleiterbauteil ohne Kontaktpads verwendet werden.
Anschließend wird, wie in Fig. 14 schematisch dargestellt ist, der Träger 1 so hoch erwärmt, dass das Konversionsmate- rial 18 in das Glasmaterial des Trägers 1 aufgenommen wird und zusätzlich eine Schmelzfläche aus dem Glasmaterial des Trägers 1 gemischt mit dem Konversionsmaterial 18 an Seiten¬ flächen des Halbleiterbauteils 3 ausgebildet wird. Fig. 15 zeigt in einer schematischen Ansicht von oben die Anordnung der Fig. 14, wobei das Halbleiterbauteil 3 über
Schmelzflächen sowohl an den Seitenflächen als auch an der Frontseite 5 mit dem Träger 1 verbunden ist. Zudem ist Konversionsmaterial 18 im Bereich der Schmelzfläche im Träger 1 ausgebildet. Vor dem Umschmelzen des Halbleiterbauteils 3 o- der nach dem Umschmelzen des Halbleiterbauteils 3 können Kontaktpads 15, 16 auf der Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 aufgebracht werden. Zudem können elektrische Leiterbahnen 10, 11, die mit den Kontaktpads 15, 16 elektrisch leitend verbun- den sind, auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 und auf die Oberseite 12 des Halbleiterbauteils 3 aufgebracht werden. Weiterhin kann eine Spiegelschicht 13 auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 und auf die Oberseite 12 des Halbleiterbau¬ teils 3 aufgebracht werden.
Fig. 16 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung eine weitere Ausführungsform, bei der der Träger 1 eine durchgehende Ausnehmung 4 aufweist, in der das Halbleiterbau¬ teil 3 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil 3 nur mit wenigstens einer Seitenfläche über eine Schmelzfläche mit dem Träger 1 verbunden. Bei die- ser Ausführungsform ist eine Frontseite 5 des Halbleiterbau¬ teils 3 frei von der Schmelzfläche und frei von Material des Trägers 1. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Schmelzfläche durch das Material des Trägers 1 erzeugt worden sein. Zudem kann aber auch Glasmaterial 17 zwischen wenigstens ei- ner Seitenfläche des Halbleiterbauteils 3 und den Flächen der Ausnehmung 4 des Trägers 1 angeordnet und zu einer Schmelz¬ fläche umgewandelt worden sein. Zudem können, wie in Fig. 17 dargestellt, auf dem Halbleiterbauteil 3 Kontaktpads 15, 16 und Leiterbahnen 10, 11 aufgebracht werden, die sich bis auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 erstrecken.
Fig. 18 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Teil eines Trägers 1 mit zwei Halbleiterbauteilen 3, die Kontaktpads 15, 16 aufweisen, und wobei die Kontaktpads 15, 16 mit Leiterbahnen 10, 11 verbunden sind, die bis auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 geführt sind. Weiterhin ist eine Spiegelschicht 13 auf der Oberfläche 2 des Trägers 1 und auf der Oberseite 12 der Halbleiterbauteile 3 aufgebracht. Fig. 19 bis 21 zeigen Verfahrensschritte zum Herstellen eines Trägers 1 mit mehreren Halbleiterbauteilen, die anschließend vereinzelt werden. In Fig. 19 ist ein Teil eines Trägers 1 dargestellt. Der Träger 1 weist mehrere Halbleiterbauteile 3 auf, die über wenigstens eines der beschriebenen Verfahren mit einer Schmelzfläche aus Glas hergestellt wurden. Zwischen den Halbleiterbauteilen 3 sind Gräben 20 beispielsweise in Form von V-Gräben in die Oberfläche 2 des Trägers 1 einge¬ bracht. Anschließend werden auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 Leiterbahnen 10, 11 und eine Spiegelschicht 13 aufgebracht. Dabei werden auch die Seitenflächen 21, 22 der Gräben 20 mit der Spiegelschicht 13 bedeckt. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 20 dargestellt.
Anschließend werden SMD-Kontakte 23, 24 auf die Leiterbah¬ nen 10, 11 der Halbleiterbauteile 3 aufgebracht, wie in Fig. 21 dargestellt. Die SMD-Kontakte werden beispielsweise mit- hilfe von Lot 29 über eine Lotverbindung mit den Kontaktpads 15,16 und/oder mit den Leiterbahnen 10,11 verbunden. Bei der Ausbildung der Lotverbindung wird Lotmaterial 29 seitlich über die SMD-Kontakte 23, 24 auf die geneigte Seitenfläche 21,22 gedrückt. Dabei kann über eine optische Kontrolle der Seitenflächen 21, 22 überprüft werden, ob Lotmaterial vorhan- den ist. Ist kein Lotmaterial vorhanden, so kann dies auf ei¬ ne fehlerhafte Lotverbindung zwischen dem Kontaktpad bzw. der Leiterbahn und dem SMD Kontakt hinweisen. Anstelle von SMD- Kontakten können auch andere Kontakte vorgesehen sein. Zudem können anstelle von SMD Kontakten auch elektronische Bauteile direkt mit dem Halbleiterbauteil verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform, die schematisch in Fig. 22 dargestellt ist, kann der Träger 1 zusätzlich Kontaktstif¬ te 25, 26 aufweisen. Die Kontaktstifte 25, 26 können bei- spielsweise während des Umschmelzprozesses in den weichen Träger 1 eingesteckt werden. In der dargestellten Ausführungsform ragen die Kontaktstifte 25, 26 aus einer Vordersei¬ te 27 des Trägers 1 heraus. Die Kontaktstifte 25, 26 können aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Me- tall, gebildet sein und in einem Endbereich an die Leiterbahnen 10, 11 angrenzen und mit den Leiterbahnen 10, 11
elektrisch kontaktiert sein. Somit können die Kontaktstif¬ te 25, 26 zur Montage des Trägers 1 und gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahnen und damit der Halbleiterbauteile 3 verwendet werden. Abhängig von der ge¬ wählten Ausführungsform können die Kontaktstifte 25, 26 auch aus der Oberfläche 2 des Trägers 1 herausragen. Der Träger 1 besteht beispielsweise aus einem niedrigschmel¬ zenden Glas, das bereits bei einer Temperatur von 300 °C eine entsprechende Viskosität aufweist, um eine Schmelzfläche zwi¬ schen dem Träger 1 und dem Halbleiterbauteil 3 auszubilden.
Fig. 23 zeigt in einer schematischen Ansicht von oben einen Träger 1, in den eine Vielzahl von Halbleiterbauteilen 3 gemäß einem der vorab beschriebenen Verfahren eingebracht wurde. Die Halbleiterbauteile 3 sind wenigstens über eine
Schmelzfläche aus einem Glasmaterial mit dem Träger 3 mecha¬ nisch verbunden. Bei der gewählten Darstellung wurden Kon- taktpads und Leiterbahnen nicht dargestellt. Der Träger 1 kann in Untereinheiten mit wenigstens einem oder mehreren Halbleiterbauteilen vereinzelt werden.
Fig. 24 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung, bei der zwei Träger 1, die beispielsweise gemäß Fi¬ gur 23 ausgebildet sind und gemäß einem der vorhergehenden Verfahren hergestellt wurde, übereinander angeordnet sind. Jeder Träger 1 weist mehrere Halbleiterbauelemente, insbeson¬ dere Leuchtchips, auf. In einem unteren Träger 1 sind drei Halbleiterbauelemente 3 in Form von Leuchtchips in einer Rei¬ he angeordnet. In dem oberen Träger 1 sind zwei Halbleiterbauteile 3 in einer Reihe angeordnet. Sowohl der obere als auch der untere Träger kann mehrere Reihen von Halbleiterbau¬ teilen aufweisen. Sowohl die Leuchtchips 3 des oberen Trägers 1 als auch die Leuchtchips 3 des unteren Trägers 1 sind in der Weise angeordnet, dass sie eine gemeinsame Abstrahlrich¬ tung 9 nach unten aufweisen. Mithilfe dieser Anordnung kann eine hohe Leuchtdichte bei einer geringen flächigen Ausbil¬ dung der Anordnung erreicht werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können in jedem der zwei Träger nur ein Halbleiterbauteil oder mehrere Halbleiterbauteile 3, insbe¬ sondere Leuchtchips, angeordnet sein. Zudem können auch mehr als ein Träger übereinander angeordnet sein. Zudem können die Leuchtchips aus einem für die abgegebene elektromagnetische Strahlung durchlässigen Material bestehen, insbesondere können die Leuchtchips auf Saphirbasis gebildet sein. In der Darstellung der Fig. 24 sind einzelne Details wie die Anord¬ nung der Leiterbahnen, die Anordnung von Konversionsmaterial usw. nicht explizit dargestellt. Die Träger 1 können gemäß einem der vorab beschriebenen Verfahren hergestellt worden sein.
Ein Halbleiterbauteil 3 kann beispielsweise in Form einer Lu- miniszenzdiode ausgebildet sein und einen Saphirträger mit einer AlGaNIn-Epitaxieschicht aufweisen. Mithilfe der be- schriebenen Verfahren kann auf organische Verbindungsmateria¬ lien verzichtet werden und die Halbleiterbauteile können in eine anorganische Glasmatrix eingebettet sein.
Mithilfe der beschriebenen Verfahren sind die Halbleiterbau- teile wenigstens teilweise in Glas eingeschmolzen, wobei die aktive Schicht, insbesondere die Halbleiterepitaxieschicht frei zugänglich ist und weiter bearbeitet werden kann. Somit können nachträglich Strukturen, Kontaktflächen, Umverdrah- tungsschichten und/oder Spiegelflächen auf den Träger
und/oder auf das Halbleiterbauteil 3 aufgebracht werden.
Somit kann als Zwischenstufe ein Nutzen, d.h. ein Träger mit einer Vielzahl von in Glas eingebetteten Halbleiterbauteilen, insbesondere Lumineszenzdioden hergestellt werden. Dabei liegt die Kontaktseite der Halbleiterbauteile offen und ist frei zugänglich. Weiterhin können die feinen und kaum wahrnehmbaren elektrischen Leiterbahnen 10, 11 beispielsweise durch Siebdruckverfahren anschließend auf die Halbleiterbau¬ teile und auf die Oberseite des Trägers aufgebracht werden.
In einer ersten Verfahrensvariante, die besonders hohe Tempe¬ raturen, beispielsweise über 800 °C, zum Austreiben von
Stickstoff beim Umschmelzen des Halbleiterbauteils erlaubt, sind die in den Träger eingebetteten Halbleiterbauteile frei von metallischen Kontaktschichten und/oder Spiegelschichten und/oder Leitungsbahnen. In einer weiteren Verfahrensvariante, die ein Einschmelzen des Halbleiterbauteils mit geringe¬ ren Temperaturen ermöglicht, werden beispielsweise fertig konfektionierte Halbleiterbauteile, insbesondere Leuchtchips, das heißt insbesondere Lumineszenzdioden, mit metallischen Kontaktflächen, Spiegelflächen und Leiterbahnen in den Träger wenigstens teilweise eingeschmolzen.
Konfektionierte Leuchtdioden werden mit metallischen Kontaktflächen, Spiegelflächen und Umverdrahtungsschichten in den Träger eingebettet. Alternativ kann ein Träger erzeugt werden, der die Halbleiterbauteile nur seitlich einfasst und de- ren Kontaktseite und deren gegenüberliegende Frontseite offen zugänglich bleiben.
Das Einbetten erfolgt anorganisch entweder durch Erwärmen des Trägers oder durch Aufschmelzen eines Glasmaterials, das zwi- sehen dem Träger und dem Halbleiterbauteil angeordnet ist.
Das Glasmaterial kann mit einem Leuchtstoff durchmischt sein. Alternativ kann Leuchtstoff in die Ausnehmung des Trägers o- der auf den Träger aufgebracht werden und in die Schmelzflä¬ che miteingeschmolzen werden. Zudem können abhängig von der gewählten Ausführungsform nicht nur ein Halbleiterbauteil, sondern mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile, insbe¬ sondere Leuchtchips, in eine Ausnehmung 4 des Trägers 1 ein¬ gebettet und mit Schmelzflächen mit dem Träger 1 verbunden werden .
Beispielsweise können die optoelektronischen Halbleiterbau¬ teile in Form von Leuchtchips, insbesondere in Form von
Leuchtdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen der emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein. Bei- spielsweise können drei Leuchtdioden in einer Ausnehmung 4 angeordnet sein, wobei eine erste Leuchtdiode rotes Licht, eine zweite Leuchtdiode grünes Licht und eine dritte Leucht¬ diode blaues Licht emittiert. Eine entsprechende Anordnung ist schematisch in Fig. 25 dargestellt. Der Träger 1 kann sowohl im Bereich der Ausnehmung 4 als auch auf einer Abstrahlseite optische Strukturen 28 aufweisen, die eine Führung der elektromagnetischen Strahlung ermöglichen. Die optischen Strukturen können in Form von konkaven und/oder konvexen Flächen ausgebildet sein. Zudem können die optischen Strukturen in Form von Linsen oder Reflektoren oder Spiegel ausgebildet sein. Die optischen Strukturen 28 können auch ausgebildet sein, um eine Mischung, d.h. eine Streuung der verschieden-farbigen elektromagnetischen Strahlungen der Halbleiterbauteile zu ermöglichen. Somit kann das Licht der drei unterschiedlichen Leuchtdioden als homogene Lichtquelle erscheinen.
Der oder die Träger 1 können in Form von planen Platten oder in Form von gebogenen Platten oder in Form von Platten mehreren in der Höhe versetzten Flächen ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Einschmelzen der Halbleiterbauteile beim Glasziehverfahren in flüssigem Zustand des Trägers beispielsweise auf einem Zinn¬ bad erfolgen. Bei der Anordnung der Fig. 23 können die Halbleiterbauteile 3 der zwei Träger 1 Leuchtdioden aufweisen, die elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen emittieren. Somit können rotes, grünes und blaues Licht auch bei dieser An¬ ordnung gut gemischt werden und ein homogenes Licht erzeugt werden. Weiterhin kann bei der Stapelanordnung der Fig. 24 erreicht werden, dass die Leiterbahnen oder die Halbleiterbauteile selbst weniger sichtbar sind.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform der Träger 1 bereits Farbpartikel aufweisen und somit farbig und/oder schwarz gefärbt sein.
Durch die vorgeschlagenen Verfahren und Anordnungen wird eine strahlungsstabile Einbettung der Halbleiterbauteile in eine Glasmatrix ermöglicht. Die Auskopplung der elektromagneti¬ schen Strahlung beispielsweise bei der Ausbildung der optoelektronischen Halbleiterbauteile als Leuchtchips erfolgt da¬ bei direkt in Glas. Der Brechungsindex des Glasmaterials des Trägers kann dabei auf das Material des Halbleiterbauteils angepasst sein oder zumindest an den Brechungsindex des Halb¬ leiterbauteils angenähert sein. Weiterhin kann der Träger di¬ rekt als Lichtleiter zum Beispiel für eine Hintergrundbe- leuchtung oder ähnliches wie beispielsweise bei einem Mobil¬ telefon eingesetzt werden. Weiterhin wird aufgrund der Einbettung in den Träger aus einem Glasmaterial eine erhöhte thermische Leitfähigkeit bereitgestellt, so dass gegenüber der Verwendung von organischen Einbettmassen eine verbesserte Kühlung der Halbleiterbauteile erreicht werden kann.
Der Träger aus Glasmaterial kann mehrere Funktionen inneha¬ ben: mechanischer Leuchten- und Lampenträger, der beispielsweise auch mit einem SMD-Bauteil bestückt werden kann; Wärme- senke mit rückseitigen Metallbahnen als Spiegelflächen und zur Verbesserung der Wärmespreizung; Lichtverteilungs- und Lichtformungselemente (seitliche Lichtleiter, Diffusorober- fläche, (TIR) -Prismenoberfläche) ; Auskoppelelement (Prismen, Linsen usw.); Packaging-Material für Halbleiterbauteile, ins- besondere für Leuchtchips, insbesondere Leuchtdioden und Kon¬ verter; Plattform für elektrische Zuführungen; Designelement.
Die Ausbildung der Ausnehmungen 4 kann beispielsweise mithil- fe von Ätzverfahren, Tiefziehverfahren, Heißpressen, Heißprä- gen, Fräsen, Bohren oder Schleifen hergestellt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können SMD-Komponenten, wie beispielsweise Treiber und/oder Sensoren, auf die Träger und insbesondere auf die Halbleiterbauteile über entsprechen¬ de Kontaktierungen aufgebracht werden.
Als Glasmaterial für den Träger können verschiedenste Glasma¬ terialien verwendet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann als Glasmaterial ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Glas verwendet werden. Beispielsweise ist das niedrig schmelzende Glas ein Silikatglas, ein Boratglas oder ein Phosphatglas. Das Silikatglas enthält als Hauptbestand¬ teil Si02, das Boratglas enthält als Hauptbestandteil B203 und das Phosphatglas enthält als Hauptbestandteil P205. Das Silikatglas kann weitere Metalloxide wie B203, P205, Na20, K20 und/oder AgO enthalten, das Boratglas kann weitere Me¬ talloxide wie Si02, P205, Na20, K20, PbO und AgO enthalten und das Phosphatglas kann weitere Metalloxide wie B203, Si02, Na20, K20 und/oder AgO enthalten. Ein Anteil an AgO liegt zum Beispiel bei mindestens 20 Gewichts-% oder 40 Gewichts-%. Beispielsweise kann ein anorganisches Glas wie z.B. ein Kalk- Natronglas. Zudem können als Glasmaterial auch Gläser verwendet werden, die bei einer hohen Temperatur schmelzen. Weiter- hin können auch Glasmischungen als Glasmaterial verwendet werden. Zudem kann auch Glasmaterial in Form einer Glasfritte verwendet werden, in die ein weiteres Glasmaterial infil¬ triert ist. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Träger
2 Oberfläche
3 Halbleiterbauteil
4 Ausnehmung
5 Frontseite
6 erste Seitenfläche
7 zweite Seitenfläche
8 dritte Seitenfläche
9 Abstrahlrichtung
10 erste Leiterbahn
11 zweite Leiterbahn
12 Oberseite
13 Spiegelschicht
14 aktive Zone
15 erstes Kontaktpad
16 zweites Kontaktpad
17 Glasmaterial
18 Konversionsmaterial
19 Bodenfläche
20 Graben
21 erste Seitenfläche
22 zweite Seitenfläche
23 erster SMD-Kontakt
24 zweiter SMD-Kontakt
25 erster Kontaktstift
26 zweiter Kontaktstift
27 Vorderseite
28 optische Struktur
29 Substrat

Claims

PATENTA S PRÜCHE
1. Anordnung mit einem Träger (1) aus einem Glasmaterial, mit wenigstens einer Ausnehmung (4), wobei in der wenigstens einen Ausnehmung (4) des Trägers wenigstens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (3) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Fläche des Halbleiterbauteils (3) über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger (1) ver¬ bunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Front¬ seite (5) des Halbleiterbauteils (3) über die Schmelz¬ fläche aus Glas mit dem Träger (1) verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Seitenfläche (6,7,8), insbesondere alle Seitenflächen (6,7,8) des Halbleiterbauteils (3) über eine Schmelzflä¬ che aus Glas mit dem Träger (1) verbunden sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelzfläche aus dem Material des Trägers (1) ge¬ bildet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schmelzfläche aus Glasmaterial (17) gebildet ist, wobei das Glasmaterial (17) zwischen dem Träger (1) und dem Halbleiterbauteil (3) angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Konversionsmaterial (18) in der Schmelzfläche angeordnet ist .
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauteil (3) Kontaktpads (15,16) aufweist, wobei Leiterbahnen (10,11) auf dem Träger (1) und dem Halbleiterbauteil (3) angeordnet sind und mit den Kon¬ taktpads (15,16) verbunden sind. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahnen
(10,11) in eine Oberfläche (2) des Trägers (1) gesintert sind .
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauteil (3) wenigstens teilweise für die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterbauteils durchlässiges Material aufweist, wobei das Halbleiter¬ bauteil insbesondere Saphir aufweist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 bis 9, wobei die Ausnehmung (4) in Form eines durch den Träger (1) gehenden Loches ausgebildet ist, und wobei eine Frontseite (5) des Halbleiterbauteils (3) einer of- fenen Fläche der Ausnehmung (4) zugeordnet ist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Träger (1) mit jeweils wenigstens einem Halblei¬ terbauteil (3) übereinander angeordnet sind, wobei ins- besondere die Halbleiterbauteile (3) als Leuchtchips ausgebildet sind, wobei die Leuchtchips verschiedene Wellenlängen, insbesondere ein rotes, ein gelbes und ein blaues Wellenlängenspektrum emittieren, um weißes Licht zu erzeugen.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauteil (3) als Leuchtchip, insbesondere als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgebildet ist.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Seitenfläche (21,22) des Trägers (1) ge¬ neigt angeordnet ist.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Halbleiterbauteile (3) nebeneinander in einer Ausnehmung (4) des Trägers (1) angeordnet sind o- der wobei zwei Halbleiterbauteile (3) in zwei getrennten Ausnehmungen (4) im Träger (1) angeordnet sind.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (1) aus einem porösen ersten Glasmaterial besteht, in das wenigstens angrenzend an das Halbleiter¬ bauteil (3) ein niedriger schmelzendes zweites Glasmate- rial angeordnet ist.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (1) optische Strukturen (28) zum Lenken von elektromagnetischen Strahlen, insbesondere Linsen, Re- flektoren und/oder gekrümmte Flächen aufweist.
17. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Träger aus einem Glasmate¬ rial vorgesehen ist, wobei ein Substrat für ein opto- elektronisches Halbleiterbauteil vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Fläche des Substrates über eine Schmelz¬ fläche aus Glas mit dem Träger verbunden wird, und wobei das Substrat in einer Ausnehmung des Trägers angeordnet wird .
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei nach dem Anordnen des Substrates in der Ausnehmung des Trägers das optoelekt¬ ronische Halbleiterbauteil auf dem Substrat hergestellt wird, und wobei insbesondere eine aktive Zone zum Emp- fangen und/oder zum Erzeugen von elektromagnetischer
Strahlung auf dem Träger angrenzend an die Ausnehmung ausgebildet wird, und wobei insbesondere die aktive Zone als Epitaxieschicht ausgebildet wird, und wobei die Epi¬ taxieschicht auf dem Substrat und auf dem Träger im We- sentlichen die gleiche Struktur aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei vor dem Einbringen des Substrates in die Ausnehmung des Trägers eine aktive Zo¬ ne zum Senden und/oder zum Empfangen von elektromagneti- scher Strahlung auf dem Substrat abgeschieden wird und ein optoelektronisches Halbleiterbauteil hergestellt wird . Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Träger erwärmt wird, so dass wenigstens ein Teil des Trägers in eine Glasschmelze überführt wird, und wobei das Substrat oder das Halbleiterbauteil mit der Glas¬ schmelze in Kontakt gebracht wird, wobei die Glasschmel¬ ze abgekühlt wird, und wobei das Substrat und/oder Halb¬ leiterbauteil über eine Schmelzfläche aus Glas mit dem Träger verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Substrat oder das Halbleiterbauteil in die Glasschmelze gedrückt wird, wo¬ bei durch das Eindrücken die Ausnehmung ausgebildet wird .
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Träger eine Ausnehmung aufweist, und wobei in der Ausnehmung Glaspulver vorgesehen ist, wobei das Substrat oder das Halbleiterbauteil in die Ausnehmung eingebracht wird, wobei we¬ nigstens zwischen einer Seite des Substrates oder des Halbleiterbauteils und einer Fläche der Ausnehmung Glas¬ material vorgesehen ist, und wobei durch einen Schmelzvorgang das Glasmaterial verflüssigt wird und eine
Schmelzfläche zwischen wenigstens einer Seite des Sub¬ strates oder des Halbleiterbauteils und einer Fläche der Ausnehmung des Träger ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei nach der Ausbildung der Schmelzverbindung elektrische Leiterbahnen auf das Halbleiterbauteil und insbesondere auf den Träger aufgebracht werden.
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