DE102016124218A1

DE102016124218A1 - Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung, strahlungsemittierende Vorrichtung und Videowand

Info

Publication number: DE102016124218A1
Application number: DE102016124218.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung mit den folgenden Schritten angegeben:Bereitstellen eines Anschlussträgers (1),Aufbringen einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (2) auf den Anschlussträger (1), wobei jeder Halbleiterchip (2) eine Strahlungsaustrittsfläche (10) aufweist, von der im Betrieb elektromagnetische Strahlung ausgesandt wird,Umhüllen der Halbleiterchips (2) mit einer Vergussmasse (6) derart, dass die Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) vollständig mit der Vergussmasse (6) bedeckt sind,zumindest teilweises Entfernen der Vergussmasse (6) über den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2). Weiterhin werden eine strahlungsemittierende Vorrichtung und eine Videowand mit einer strahlungsemittierenden Vorrichtung angegeben.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung, eine strahlungsemittierende Vorrichtung und eine Videowand angegeben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Kavität über einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, bei dem ein vorderseitiger Bonddraht des Halbleiterchips geschützt ist. Weiterhin soll eine strahlungsemittierende Vorrichtung angegeben werden, die mit dem Verfahren hergestellt werden kann. Die Vorrichtung soll insbesondere zur Verwendung in einer Videowand geeignet sein.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 und durch eine Videowand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens, der Vorrichtung und der Videowand sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung wird bevorzugt zunächst ein Anschlussträger bereitgestellt. Auf den Anschlussträger wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens eine Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips aufgebracht, wobei jeder Halbleiterchip eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, von der im Betrieb elektromagnetische Strahlung ausgesandt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips mit einer Vergussmasse derart umhüllt, dass die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips vollständig mit der Vergussmasse bedeckt sind. Bevorzugt werden alle Halbleiterchips, die auf den Anschlussträger aufgebracht sind, vollständig von der Vergussmasse umschlossen. Besonders bevorzugt weist die Vergussmasse nach diesem Verfahrensschritt eine vollständig geschlossene, plane Oberfläche über den Halbleiterchips auf. Die Dicke der Vergussmasse über den Halbleiterchips wird hierbei bevorzugt möglichst gering gewählt, wobei die Bonddrähte bevorzugt vollständig umhüllt sind. Die erhöht die Effizienz der späteren Vorrichtung. Beispielsweise weist die Vergussmasse eine Dicke über den Halbleiterchips auf, die zwischen einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 300 Mikrometer liegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Vergussmasse zumindest teilweise über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips wieder entfernt. Besonders bevorzugt wird die Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips derart entfernt, dass über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips eine Ausnehmung gebildet wird, wobei die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips zunächst bevorzugt nicht frei zugänglich sind. Vielmehr verbleibt eine dünne Schicht der Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips. Mit anderen Worten werden die Ausnehmungen über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips bevorzugt nicht als Durchbruch zu den Halbleiterchips ausgebildet. Die dünne Schicht der Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer auf.
Das Umhüllen der Halbleiterchips kann beispielsweise mit einem der folgenden Verfahren erfolgen: Transfer Molding, Compression Molding oder Laminieren. Weiterhin ist es möglich, sämtliche Halbleiterchips mit einem Damm zu umgeben, der dann mit der Vergussmasse, beispielsweise durch Gießen, gefüllt wird.
Es können mehrere strahlungsemittierende Vorrichtungen parallel gefertigt werden. Hierzu wird beispielsweise ein Verbund aus mehreren Anschlussträgern prozessiert und später in separate strahlungsemittierende Vorrichtungen vereinzelt. Werden mehrere strahlungsemittierende Vorrichtungen gleichzeitig prozessiert, so kann die Vergussmasse über den gesamten Verbund aufgebracht werden oder auch in separaten Kappen.
Die Vergussmasse kann absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet sein. Ist die Vergussmasse absorbierend ausgebildet, so absorbiert sie bevorzugt die elektromagnetische Strahlung der Halbleiterchips und besonders bevorzugt sichtbares Licht. Beispielsweise ist die absorbierende Vergussmasse schwarz. Eine schwarze Vergussmasse führt mit Vorteil bei Verwendung der strahlungsemittierenden Vorrichtung in einer Videowand zu einem verbesserten Kontrast.
Ist die Vergussmasse reflektierend ausgebildet, so ist sie bevorzugt diffus reflektierend für die elektromagnetische Strahlung der Halbleiterchips ausgebildet. Bevorzugt ist die Vergussmasse diffus reflektierend für sichtbares Licht ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei der diffus reflektierenden Vergussmasse um eine weiße Vergussmasse.
Eine schwarze Vergussmasse weist bevorzugt einen geringen Anteil an Ruß auf, das der schwarzen Vergussmasse die schwarze Farbe verleiht. Eine diffus reflektierende, beispielsweise weiß ausgebildete Vergussmasse hingegen, weist bevorzugt Titandioxid-Partikel auf.
Besonders bevorzugt ist die Vergussmasse hochgefüllt ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Vergussmasse ein Matrixmaterial wie beispielsweise ein Epoxidharz aufweist, in das Füllpartikel eingebracht sind, die bevorzugt einen hohen Gewichtsanteil an der Vergussmasse haben. Beispielsweise weisen die Füllpartikel einen Gewichtsanteil von mindestens 70 Gew% an der Vergussmasse auf. Als Füllpartikel können beispielsweise Silika-Kugeln dienen.
Besonders bevorzugt weist die Vergussmasse ein Epoxidharz als Matrixmaterial auf, da dieses besonders gut dazu geeignet ist, mit einem hohen Anteil an Füllpartikeln versehen zu werden. Zudem sind auch die folgenden Materialien als Matrixmaterial für die Vergussmasse geeignet: Silikone, Acrylate oder auch ein Thermoplast.
Eine hochgefüllte Vergussmasse weist in der Regel gegenüber einer Vergussmasse ohne Füllpartikel einen erniedrigten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. So weist ein ungefülltes Epoxidharz beispielsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 50 ppm/K auf, der sich durch Zugabe von Silika-Kugeln auf bis zu 8 ppm/K für Temperaturen unterhalb der Glastemperatur erniedrigen lässt. Eine Vergussmasse mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die zumindest teilweise einen Bonddraht umhüllt, führt zu weniger mechanischen Belastungen des Bonddrahts bei Temperaturschwankungen etwa im Betrieb der Vorrichtung. Auf diese Art und Weise wird der Bonddraht weniger geschädigt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips vor dem Umhüllen mit der Vergussmasse mit mindestens einem Bonddraht auf ihrer Vorderseite elektrisch kontaktiert. Der Bonddraht weist beispielsweise Gold und/oder Silber auf. Die Vorderseite des Halbleiterchips umfasst seine Strahlungsaustrittsfläche, während die Rückseite des Halbleiterchips in der Regel zur Montage auf den Anschlussträger vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform wird besonders bevorzugt eine hoch gefüllte Vergussmasse zur Umhüllung der Halbleiterchips verwendet, um die mechanische Belastung des Bonddrahts bei Temperaturschwankungen zu verringern.
Ein Halbleiterchip weist in der Regel eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, die zur Strahlungserzeugung geeignet ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist in der Regel epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat gewachsen.
Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter beruhen. Nitrid-Verbindungshalbleiter enthalten Stickstoff, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter beruht oder aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter besteht, ist in der Regel dazu geeignet elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich zu erzeugen.
Bei dem Halbleiterchip kann es sich beispielsweise um einen Dünnfilm-Halbleiterchip handeln. Ein Dünnfilm-Halbleiterchip weist in der Regel kein Aufwachssubstrat auf oder das Aufwachssubstrat ist derart gedünnt, dass es alleine nicht dazu geeignet ist, die epitaktische Halbleiterschichtenfolge mechanisch zu stabilisieren. Zur mechanischen Stabilisation weist ein Dünnfilm-Halbleiterchip einen Träger auf, an dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge befestigt ist. Gemäß einer Ausführungsform des Dünnfilm-Halbleiterchips ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger eine Spiegelschicht angeordnet, die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips lenkt. Als Material für den Träger ist beispielsweise Germanium, Silizium oder ein Metall geeignet.
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip weist in der Regel einen elektrischen Kontakt auf seiner Vorderseite auf, die ebenfalls die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips umfasst, und einen weiteren elektrischen Kontakt auf einer Rückseite des Trägers, die von der Halbleiterschichtenfolge abgewandt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Dünnfilm-Halbleiterchip zwei elektrische Kontakte auf seiner Vorderseite aufweist.
Bei einem Dünnfilm-Halbleiterchip handelt es sich in der Regel um einen Oberflächenstrahler mit einer im Wesentlichen Lambertschen Abstrahlcharakteristik. In der Regel sendet der Dünnfilm-Halbleiterchip die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aus, während Seitenflächen des Halbleiterchips in der Regel keine oder nur einen vernachlässigbaren Anteil an elektromagnetischer Strahlung aussenden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass der Halbleiterchip das Aufwachssubstrat der epitaktische Halbleiterschichtenfolge umfasst. Besonders bevorzugt ist das Aufwachssubstrat hierbei transparent für die in der Halbleiterschichtenfolge erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet. Ein derartiger Halbleiterchip sendet die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung sowohl über die Strahlungsaustrittsfläche als auch über die Seitenflächen aus, die im Wesentlichen durch das Trägermaterial gebildet sind. Ein solcher Halbleiterchip wird auch als Volumenemitter bezeichnet.
Als Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter beruht, ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: Saphir, Siliziumkarbid, Galliumnitrid. Besonders bevorzugt weist ein Volumenemitter ein Aufwachssubstrat auf, das aus Saphir oder Siliziumkarbid gebildet ist oder eines dieser Materialien enthält. Diese Materialien sind in der Regel mit Vorteil transparent für sichtbares Licht und insbesondere für blaues Licht. Die Anordnung der elektrischen Kontakte ist abhängig davon, ob der Träger elektrisch leitend ist oder nicht. Ist der Träger elektrisch leitend ausgebildet, so weist ein Volumenemitter in der Regel einen vorderseitigen elektrischen Kontakt und einen rückseitigen elektrischen Kontakt auf. Ist der Träger hingegen elektrisch isolierend ausgebildet, so weist der Volumenemitter in der Regel zwei vorderseitige elektrische Kontakte auf.
Weiterhin ist es auch möglich, dass es sich bei dem Halbleiterchip um einen so genannten Flip-Chip handelt. Ein Flip-Chip ist in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass beide elektrischen Kontakte auf der Rückseite des Halbleiterchips angeordnet sind. Daher benötigt ein Flip-Chip in der Regel keinen Bonddraht zur externen elektrischen Kontaktierung.
Bevorzugt werden vorliegend Volumenemitter oder Dünnfilm-Halbleiterchips verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Entfernen der Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen zunächst eine Ausnehmung in der Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips derart erzeugt, dass eine dünne Schicht der Vergussmasse auf jeder Strahlungsaustrittsfläche verbleibt. Hierbei ist die dünne Schicht der Vergussmasse bevorzugt derart ausgebildet, dass der Halbleiterchip vollständig von der Vergussmasse umhüllt bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die dünne Schicht der Vergussmasse von den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips durch einen chemischen Prozess derart entfernt, dass aus den Ausnehmungen Kavitäten erzeugt werden, durch die die Strahlungsaustrittsflächen frei zugänglich sind. Die fertige Vorrichtung weist daher zumindest über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips keinen Verguss auf. Dies erhöht die Effizienz der Vorrichtung. Durch die Verwendung eines chemischen Prozesses kann die dünne Schicht der Vergussmasse mit Vorteil möglichst schonend entfernt werden. Falls der Halbleiterchip einen vorderseitigen Bonddraht aufweist, kann die dünne Schicht der Vergussmasse mit Hilfe eines chemischen Prozesses mit Vorteil derart entfernt werden, dass der Bonddraht nicht beschädigt wird.
Besonders bevorzugt werden die Ausnehmungen durch einen ersten Prozess erzeugt, der von dem chemischen Prozess verschieden ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Prozess um einen mechanischen Prozess wie beispielsweise einen Sägeprozess oder einen abrasiven Strahlprozess, bei dem abrasive Partikel in einer Flüssigkeit oder Trockeneis unter hohem Druck auf die Oberfläche geschossen wird. Bei einem Strahlprozess kann eine Metallmaske verwendet werden, um einen strukturierten Abtrag der Vergussmasse zu erzielen. Wird ein Sägeprozess als mechanischer Prozess verwendet, so liegt die Breite des Sägeblatts bevorzugt zwischen einschließlich dem 0,5-fachen und einschließlich dem 3-fachen einer Seitenlänge des Halbleiterchips. Weist die Seitenlänge des Halbleiterchips beispielsweise ungefähr 230 Mikrometer auf, so kann die Breite des Sägeblatts zwischen einschließlich 100 Mikrometer und einschließlich 250 Mikrometer liegen. Die Tiefe des Sägeschnitts zur Erzeugung der Ausnehmungen liegt beispielsweise zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 60 Mikrometer. Weiterhin ist es auch möglich, die Ausnehmungen mit Hilfe eines Lasers zu erzeugen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem chemischen Prozess um einen Veraschungsprozess. Als chemischer Prozess ist beispielsweise Spülen mit einer ozonhaltigen Wasserlösung geeignet. Hierbei wird bei Verwendung einer epoxidharzhaltigen Vergussmasse, das Epoxidharz zumindest teilweise zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Weiterhin ist auch die Beaufschlagung mit einem Sauerstoffplasma oder die Beaufschlagung mit einem organischen Lösungsmittel wie beispielsweise Azeton, Isopropanol, Dimethylsulfoxid (DMSO) oder N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) geeignet. Schließlich ist es auch denkbar, dass als chemischer Prozess zur Entfernung der dünnen Schicht der Vergussmasse Ätzen mit einer Säure durchgeführt wird. Als Säure ist beispielsweise eine Mischung aus Wasser, Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure geeignet. Wird eine Vergussmasse mit Füllpartikeln verwendet, so werden die Füllpartikel bei dem chemischen Prozess bevorzugt freigelegt. Auf diese Art und Weise kann bei dem chemischen Prozess gleichzeitig eine raue Oberfläche der Vergussmasse erzeugt werden.
Nach dem chemischen Prozess, insbesondere nach Spülen mit einer ozonhaltigen Wasserlösung, wird besonders bevorzugt eine Hochdruckreinigung der beaufschlagten Oberfläche mit Wasser durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Ausnehmungen in der Vergussmasse über den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips gleichzeitig während dem Umhüllen der Halbleiterchips mit der Vergussmasse erzeugt. Mit anderen Worten werden bei dieser Ausführungsform des Verfahrens die Ausnehmungen in der Vergussmasse nicht in einem separaten Verfahrensschritt erzeugt, der zeitlich und örtlich getrennt von dem Umhüllen der Halbleiterchips mit der Vergussmasse erfolgt, wie in dem Absatz oben beschrieben. Vielmehr werden die Ausnehmungen gleichzeitig beim Umhüllen der Halbleiterchips mit der Vergussmasse erzeugt. Hierzu wird beim Umhüllen der Halbleiterchips beispielsweise ein Werkzeug mit entsprechenden Ausnehmungen verwendet.
Auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens verbleibt zunächst bei der Bildung der Ausnehmungen bevorzugt eine dünne Schicht der Vergussmasse auf den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips. Die dünne Schicht der Vergussmasse wird bevorzugt in einem separaten Schritt von den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips mit dem chemischen Prozess entfernt, sodass aus den Ausnehmungen Kavitäten erzeugt werden, durch die die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips frei zugänglich sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens grenzt eine Seitenfläche der Kavität an eine Seitenfläche des jeweiligen Halbleiterchips an. Werden Dünnfilm-Halbliterchips verwendet, so grenzt die Seitenfläche der Kavität bevorzugt an einen Teil der Seitenfläche eines Dünnfilm-Halbleiterchips an, der durch den Träger gebildet wird. Werden Volumenemitter verwendet, so grenzen die Seitenflächen der Kavität bevorzugt an einen Teil der Seitenfläche an, der durch das Aufwachssubstrat gebildet ist. Auf diese Art und Weise kann mit Vorteil vereinfacht erzielt werden, dass die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips vollständig frei von der Vergussmasse sind.
Besonders bevorzugt wird bei dem Entfernen der dünnen Schicht der Vergussmasse von den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips die Oberfläche der Vergussmasse aufgeraut, beispielsweise mit dem chemischen Prozess. Eine Vergussmasse mit rauer Oberfläche erscheint in der Regel matt und ist insbesondere dazu geeignet, Licht externer Lichtquellen besonders gut in alle Richtungen zu streuen und eine direkte Reflektion zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Vergussmasse in zwei getrennten Schritten ausgehärtet, insbesondere bei Verwendung eines Werkzeugs oder auch eines Damms. Bevorzugt wird die Vergussmasse vor dem Aushärten vorgehärtet, beispielsweise in dem Werkzeug oder dem Damm. Dann erfolgt die endgültige Aushärtung der Vergussmasse, beispielsweise in einem Ofen. Bei Verwendung eines Werkzeugs oder eines Damms wird das Werkzeug oder der Damm bevorzugt nach dem Vorhärten entfernt und die Vergussmasse danach endgültig ausgehärtet, beispielsweise in einem Ofen. Besonders bevorzugt erfolgt das Entfernen der Vergussmasse vor dem endgültigen Aushärten der Vergussmasse. Wird die dünne Schicht der Vergussmasse vor dem endgültigen Aushärten von den Strahlungsaustrittflächen entfernt, so ist dies besonders einfach, da hier die Ätzraten des chemischen Prozesses in der Regel vergleichsweise hoch sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine raue Deckschicht auf die Oberfläche der Vergussmasse aufgebracht. Besonders bevorzugt wird hierbei die gesamte Oberfläche des Halbleiterchipverbundes mit der rauen Deckschicht vollflächig bedeckt. Besonders bevorzugt ist die Deckschicht vollflächig auf den Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips und vollflächig auf der freiliegenden Oberfläche der Vergussmasse aufgebracht. Bei der rauen Deckschicht kann es sich beispielsweise um eine Epoxidschicht handeln, in die Partikel eingebracht sind, beispielsweise Silika-Kugeln. Die raue Deckschicht weist beispielsweise eine vergleichsweise geringe Dicke auf. Beispielsweise weist die raue Deckschicht eine Dicke von höchstens 20 Mikrometer auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass auf die Oberfläche der Vergussmasse und die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips eine Schutzschicht aufgebracht wird, wobei vorderseitige Bonddrähte mit der Schutzschicht bedeckt werden. Die Bonddrähte werden hierbei besonders bevorzugt vollständig bedeckt, ebenso die Oberfläche der Vergussmasse und die Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Schutzschicht um eine transparente Vergussmasse, beispielsweise um ein Epoxidharz oder ein Silikon. Bevorzugt ist die Schutzschicht vergleichsweise dick ausgebildet. Beispielsweise weist die Schutzschicht eine Dicke auf, die mindestens 20 Mikrometer beträgt. Auch die Schutzschicht kann mit Füllpartikeln gefüllt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips in Reihen angeordnet, die Zeilen und Spalten ausbilden. Die Zeilen und Spalten stehen bevorzugt senkrecht aufeinander. Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung hierbei eine Vielzahl rot emittierender Halbleiterchips, eine Vielzahl grün emittierender Halbleiterchips und eine Vielzahl blau emittierender Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind hierbei besonders bevorzugt jeweils zu Pixeln zusammengefasst, wobei jedes Pixel mindestens einen rot emittierenden Halbleiterchip, einen grün emittierenden Halbleiterchip und einen blau emittierenden Halbleiterchip umfasst.
Beispielsweise umfasst eine Zeile an Halbleiterchips eine alternierende Abfolge eines rot emittierenden Halbleiterchips, eines grün emittierenden Halbleiterchips und eines blau emittierenden Halbleiterchips, wobei jeweils ein rot emittierender Halbleiterchip, ein grün emittierender Halbleiterchip und ein blau emittierender Halbleiterchip zu einem Pixel zusammengefasst sind. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Halbleiterchips eines Pixels in einer dreieckigen Anordnung angeordnet sind. Beispielsweise befindet sich an jeder Ecke eines Dreiecks ein Halbleiterchip mit einer anderen Emissionsfarbe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips in Reihen angeordnet, die parallel zueinander verlaufen, während die Ausnehmungen und die Kavitäten jeweils als Gräben ausgebildet werden. Bevorzugt erstreckt sich jeder Graben über einer Reihe von Halbleiterchips. Sind die Pixel als Dreieck ausgebildet, so wird über jedem Pixel bevorzugt eine abgeschlossene Ausnehmungen oder eine abgeschlossene Kavitäten erzeugt.
Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Pixelmodul mit einer Vielzahl an Pixeln, wobei jedes Pixel einen rot emittierenden Halbleiterchip, einen grün emittierenden Halbleiterchip und einen blau emittierenden Halbleiterchip umfasst. Bevorzugt sind die Pixel derart in parallelen Reihen angeordnet, dass sich die Abfolge der rot emittierenden Halbleiterchips, der grün emittierenden Halbleiterchips und der blau emittierenden Halbleiterchips entlang einer Reihe periodisch wiederholt.
Bei einem Pixelmodul sind mehrere Pixel zu einem Bauteil zusammengefasst. Dies vereinfacht die Montage und die Handhabung der Bauteile. Beispielsweise weist ein Pixel eine Kantenlänge zwischen einschließlich 1 Millimeter und einschließlich 3 Millimeter auf.
Zur Ausbildung eines Pixelmoduls ist die Vergussmasse bevorzugt absorbierend, insbesondere schwarz, ausgebildet. Weiterhin ist die Oberfläche der Vergussmasse besonders bevorzugt rau ausgebildet, beispielsweise indem die Vergussmasse selber durch den Entfernungsprozess aufgeraut wird oder indem eine raue Deckschicht auf die Oberfläche der Vergussmasse aufgebracht wird. Eine schwarze Vergussmasse, insbesondere mit einer rauen Oberfläche, ist besonders bevorzugt dazu geeignet, einen hohen Kontrast zwischen den einzelnen Pixeln zu erzeugen.
Besonders bevorzugt ist das Pixelmodul dazu geeignet, in einer Videowand verwendet zu werden. In der Regel weist eine Videowand mehrere Pixelmodule auf, die besonders bevorzugt gleichartig ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Vergussmasse diffus reflektierend ausgebildet und die Kavität wird mit einem Konversionselement gefüllt, das elektromagnetische Strahlung der Halbleiterchips aus einem ersten Wellenlängenbereich zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt. Insbesondere ist es bei dieser Ausführungsform des Verfahrens möglich, weiß emittierende Vorrichtungen zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips auf dem Anschlussträger besonders bevorzugt am Ende des Verfahrens in eine Vielzahl optoelektronischer Halbleiterbauelemente vereinzelt, beispielsweise durch Sägen.
Mit anderen Worten kann es sich bei der strahlungsemittierenden Vorrichtung, die mit dem hier beschriebenen Verfahren erzeugt wird, um ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, das weißes Licht aussendet, handelt. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Pixelmodul, das eine Vielzahl an Pixeln aufweist, erzeugt wird.
Das Pixelmodul umfasst bevorzugt einen Anschlussträger mit vier Anschlussschichten, die durch dielektrische Schichten elektrisch voneinander isoliert sind. Bevorzugt umfasst der Anschlussträger nicht mehr als oder genau vier elektrische Anschlussschichten. Die elektrischen Anschlussschichten sind elektrisch leitend und strukturiert ausgebildet und führen zusammen mit Durchkontaktierungen die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips von einer ersten Hauptfläche des Anschlussträger zu einer zweiten Hauptfläche des Anschlussträgers, die der ersten Hauptfläche gegenüber liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Pixelmoduls teilen sich jeweils zwei Halbleiterchips eine gemeinsame elektrische Anschlussstelle, die Teil einer ersten Anschlussschicht ist. Weiterhin weisen die Halbleiterchips bevorzugt jeweils einen einzigen vorderseitigen elektrischen Kontakt auf, der mit einer reverse BSOB Bondverbindung mit einer Anschlussstelle verbunden ist, die Teil einer ersten Anschlussschicht ist.
Im Folgenden werden das Verfahren, die strahlungsemittierende Vorrichtung und die Videowand anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben.
Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 19 wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung näher erläutert.
Die 20 bis 22 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Darstellungen der 23 bis 28 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer strahlungsemittierenden Vorrichtung näher erläutert.
29 zeigt eine schematische Draufsicht einer Videowand gemäß einem Ausführungsbeispiels.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 19 wird zunächst ein Anschlussträger 1 bereitgestellt. Auf den Anschlussträger 1 wird eine Vielzahl an Halbleiterchips 2 aufgebracht. Bei den Halbleiterchips 2 handelt es sich vorliegend um oberflächenemittierende Dünnfilm-Halbleiterchips 2, die jeweils einen elektrischen Kontakt auf einer Vorderseite der Halbleiterchips 2 aufweisen.
Wie in 1 gezeigt, werden die Halbleiterchips 2 hierbei in zueinander parallelen Reihen auf dem Anschlussträger 1 angeordnet, die Zeilen und Spalten ausbilden. Der Anschlussträger 1 umfasst parallel in Zeilen angeordnete Leiterbahnen, auf die die Halbleiterchips 2 aufgebracht werden. Jede Leiterbahn dient hierbei als gemeinsame Anodenleitung für jeweils eine Zeile der Halbleiterchips 2. Zwischen den beiden dargestellten Anodenleitungen ist eine weitere elektrische Kontaktstelle angeordnet.
Die Vielzahl von Halbleiterchips 2 umfasst eine Vielzahl blau emittierender Halbleiterchips 2, eine Vielzahl grün emittierender Halbleiterchips 2 und eine Vielzahl rot emittierender Halbleiterchips 2. Die Halbleiterchips einer Zeile sind in einer periodischen Abfolge eines blau emittierenden, eines grün emittierenden und eines rot emittierenden Halbleiterchips 2 angeordnet. Jede Spalte an Halbleiterchips wird durch eine zu den Zeilen senkrecht stehende Reihe von Halbleiterchips 2 gebildet, die Licht der gleichen Farbe emittieren.
Weiterhin sind jeweils ein blau emittierender, ein grün emittierender und ein rot emittierender Halbleiterchip 2 einer Zeile zu einem Pixel 3 zusammengefasst.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Draufsicht gemäß 1 entlang der gestrichelten Linie A-A', während 3 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' zeigt.
Die Halbleiterchips 2 sind mit einem elektrisch leitenden Klebstoff, etwa einem Silberleitkleber, auf den Anodenleitungen befestigt. Die Anodenleitung weist Ausbuchtungen zwischen direkt benachbarten Halbleiterchips 2 auf, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Der Anschlussträger 1 weist einen dielektrischen Kern auf, beispielsweise aus einem Epoxidharz, auf dessen erste Hauptfläche die Anodenleitungen und die elektrische Kontaktstelle aufgebracht sind. Eine zweite Hauptfläche des Kerns, die der ersten Hauptfläche des Kerns gegenüber liegt, ist mit weiteren Kontaktstellen zur externen elektrischen Kontaktierung versehen. Der Kern weist eine Durchkontaktierung 4 auf, die die elektrische Kontaktstelle der ersten Hauptfläche mit einer elektrischen Kontaktstelle der zweiten Hauptfläche verbindet. Die Durchkontaktierung 8 macht die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips 2 von einer Rückseite des Anschlussträgers 1 möglich.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 4 bis 6 dargestellt ist, werden die optoelektronischen Halbleiterchips 2 mit vorderseitigen Bonddrähten 5 elektrisch kontaktiert. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Draufsicht gemäß 4 entlang der gestrichelten Linie A-A', während 6 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' zeigt.
Direkt benachbarte Halbleiterchips 2 einer Spalte, die Licht gleicher Farbe aussenden, werden mit einer Wedge-Wedge-Bondverbindung elektrisch leitend verbunden. Eine Wedge-Wedge-Bondverbindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Bonddraht 5 einen vergleichsweise kleinen Winkel α mit einer Oberfläche des vorderseitigen elektrischen Kontakts des Halbleiterchips 2 einschließt. Der Winkel α liegt beispielsweise zwischen einschließlich 5° und einschließlich 20°. Mit einer Wedge-Wedge-Bondverbindung können besonders bevorzugt zwei direkt benachbarten Halbleiterchips 2 direkt leitend mit einem gemeinsamen Bonddraht 5 elektrisch leitend verbunden werden, ohne dass der Bonddraht 5 dazwischen zwingend auf den Anschlussträger 1 geführt werden muss. Im Unterschied zu einer unten beschriebenen reverse BSOB Bondverbindung ist eine Wedge-Wedge-Bondverbindung vergleichsweise zeit- und kostenintensiv. Allerdings ermöglicht sie in der Regel einen vereinfachten Aufbau des Anschlussträgers 1.
Wie in 4 gezeigt, werden die Halbleiterchips 2 der beiden Zeilen, zwischen denen die elektrische Anschlussstelle auf der ersten Hauptfläche des Kerns angeordnet ist, mit dieser Anschlussstelle mit einem Bonddraht 5 elektrisch leitend verbunden. Wie in der 6 gezeigt, führt der Bonddraht 5 hierbei jeweils von dem vorderseitigen elektrischen Kontakt zweier direkt benachbarter Halbleiterchips 2 auf die elektrische Anschlussstelle.
Der Bonddraht 5 kann beispielsweise mit einem so genannten reverse-BSOB Bondverfahren (englisch: reverse Ball Stitch On Ball) erzeugt werden. Hierbei wird in einem ersten Schritt eine kugelförmige Aufschmelzung des Materials des Bonddrahts 5 auf den vorderseitigen elektrischen Kontakt des Halbleiterchips 2 aufgebracht. In einem nächsten Schritt wird wiederum eine kugelförmige Aufschmelzung auf die elektrische Anschlussstelle des Anschlussträgers 1 aufgebracht. Schließlich wird ein Bonddraht 5 ausgehend von der kugelförmigen Aufschmelzung auf dem vorderseitigen elektrischen Kontakt des Halbleiterchips 2 zu der kugelförmigen Aufschmelzung auf der elektrischen Anschlussstelle des Anschlussträgers 1 geführt. Auf diese Art und Weise kann mit Vorteil eine Bonddrahtverbindung zum Anschlussträger 1 hergestellt werden, die nur eine geringe Höhe über der Vorderseite des Halbleiterchips 2 ausbildet.
Beispielsweise weist die Höhe des Bonddrahts 5 über dem Halbleiterchip 2 einen Wert zwischen einschließlich 80 Mikrometer und einschließlich 120 Mikrometer auf. Der Bonddraht 5 schließt weiterhin ausgehend vom Anschlussträger 1 mit dessen erster Hauptfläche einen Winkel von ungefähr 90° ein. Im Vergleich zu einer Wedge-Wedge-Bondverbindung kann eine reverse BSOB Bondverbindung schnell und kostengünstig erzeugt werden. Auch die Haftung einer reverse BSOB Bondverbindung ist in der Regel besser als die Haftung einer Wedge-Wedge-Bondverbindung.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 7 bis 9 dargestellt ist, werden die Halbleiterchips 2 und die Bonddrähte 5 mit einer Vergussmasse 6 vollständig umhüllt. 8 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' der schematischen Draufsicht der 7, während 9 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' zeigt. Beispielsweise wird eine hochgefüllte Vergussmasse 6 mit Transfermolding, Compression Molding, Laminieren oder unter Verwendung eines Damms aufgebracht. Der Anteil an Füllstoffen an der Vergussmasse 6 liegt beispielsweise über 80 Gew%. Die Vergussmasse 6 weist bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der bei Temperaturen unter der Glasübergangstemperatur nicht größer ist als 15 ppm/K. Wie 7 zeigt, weist die Vergussmasse 6 eine plane, geschlossene Oberfläche über den Halbleiterchips 2 und den Bonddrähten 5 auf. Die Vergussmasse 6 ist vorliegend absorbierend für sichtbares Licht, insbesondere schwarz, ausgebildet.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 10 bis 12 dargestellt ist, werden mit einem ersten Prozess Ausnehmungen 7 in der Vergussmasse über den Halbleiterchips 2 erzeugt. 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' der Draufsicht der 10, während 12 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' zeigt. Hierbei ist in den 11 und 12 eine Metallmaske 8 zur Strukturierung während eines Strahlprozesses gezeigt, die in 10 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die Ausnehmungen 7 weisen die Form von Gräben auf, wobei jeder Graben mittig über einer Zeile an Halbleiterchips 2 angeordnet ist. Zwei direkt benachbarte Zeilen an Halbleiterchips 2 sind vollständig durch Vergussmasse 6 voneinander getrennt. Besonders bevorzugt werden die Ausnehmungen 7 über den Halbleiterchips 2 mit einem mechanischen Verfahren erzeugt. Die Ausnehmungen 7 können beispielsweise mit einem Strahlprozess, etwa unter Verwendung einer Maske 8, erzeugt werden. Bei der Maske 8 kann es sich um eine Metallmaske handeln.
Wie in den 11 und 12 gezeigt, verlaufen die Bonddrähte 5 zumindest teilweise durch die Ausnehmungen 7 hindurch. Mit anderen Worten werden die Bonddrähte 5 bei der Erzeugung der Ausnehmungen 7 zumindest teilweise freigelegt. Weiterhin bleibt eine dünne Schicht 9 der Vergussmasse 6 auf Strahlungsaustrittsflächen 10 der Halbleiterchips 2 bestehen. Die dünne Schicht 9 der Vergussmasse 10 weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 14 bis 16 dargestellt ist, werden ausgehend von den Ausnehmungen 7 Kavitäten 11 in der Vergussmasse 6 über den Halbleiterchips 2 erzeugt. Die Kavitäten 11 werden hierbei derart ausgebildet, dass die Strahlungsaustrittsflächen 10 der Halbleiterchips 2 freiliegen. Die Ausbildung der Kavitäten 11, bei denen die dünne Schicht 9 an Vergussmasse 6 über den Strahlungsaustrittsflächen 10 entfernt und in der Regel die Ausnehmungen 7 auch seitlich erweitert werden, kann beispielsweise mit einem chemischen Prozess erzeugt werden, der von dem ersten Prozess verschieden ist. Beispielsweise wird das Werkstück aus Anschlussträger 1, Halbleiterchips 2 und Vergussmasse 6 mit einer ozonhaltigen Wasserlösung bespült, während das Werkstück gedreht wird. Auf diese Art und Weise findet ein Veraschungsprozess der Vergussmasse 6 statt. Um Reste der veraschten Vergussmasse 6 zu entfernen, wird besonders bevorzugt eine Hochdruckreinigung nach der Beaufschlagung mit der ozonhaltigen Wasserlösung durchgeführt. Alternativ kann die Erzeugung der Kavitäten 11 auch in einem Sauerstoffplasma, mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels oder einer Säure durchgeführt werden.
Wie die Draufsicht der 13 zeigt, sind die Kavitäten 11 als Gräben ausgebildet, die jeweils eine Zeile an Halbleiterchips 2 freilegen. Die Gräben sind hierbei, wie die Zeilen auch, parallel zueinander angeordnet. Die Bonddrähte 5 verlaufen ausgehend von den vorderseitigen Kontakten der Halbleiterchips 2 zunächst durch Luft, so dass sie frei zugänglich sind, um dann in Seitenwänden der Kavität 11 in die Vergussmasse 6 einzudringen (15).
16 zeigt schematisch einen Ausschnitt der 15, bei dem die Vergussmasse 6 direkt an eine Seitenfläche des Halbleiterchips 2 angrenzt. Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich um einen Dünnfilm-Halbleiterchip mit einem Träger 12, auf den eine reflektierende Schicht 13 aufgebracht ist, die bis an eine Seitenfläche des Trägers 12 reicht. Weiterhin ist auf die reflektierende Schicht 13 eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge 14 mit einer aktiven Zone aufgebracht, die im Betrieb sichtbares Licht eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14 weist hierbei eine geringere Durchschnittsquerfläche als der Träger 12 auf, sodass eine Stufe zwischen dem Träger 12 und der Halbleiterschichtenfolge 14 ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14 gegenüber der Seitenfläche des Trägers 12 zurückversetzt. Die Vergussmasse 6 grenzt besonders bevorzugt direkt an einen Teil der Seitenfläche des Halbleiterchips 2 an, die durch den Träger 12 gebildet wird, wobei ein Teil der Seitenfläche, die durch den Träger 12 gebildet wird freiliegt. Hierdurch kann ein stabiler Abtragprozess zur Bildung der Kavitäten 11 etabliert werden.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 17 bis 19 dargestellt wird, wird eine raue Deckschicht 15 zur Aufrauhung der Oberfläche der strahlungsemittierenden Vorrichtung auf diese aufgebracht. 18 zeigt hierbei wiederum eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' der Draufsicht der 17, während die 19 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' darstellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die raue Deckschicht 15 in der Draufsicht nicht gezeigt. Die raue Deckschicht 15 ist beispielsweise aus einem Epoxidharz mit Silika-Partikeln gebildet. Die raue Deckschicht 15 bedeckt hierbei die freiliegenden Oberflächen des Halbleiterchips 2 sowie die Oberfläche der Vergussmasse 6 vollständig.
Die strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 20 kann beispielsweise mit dem Verfahren, wie es anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 19 beschrieben wurde, hergestellt werden. Die strahlungsemittierende Vorrichtung umfasst einen Anschlussträger 1 mit Anodenleitungen auf einer ersten Hauptfläche des Anschlussträgers 1 sowie elektrischen Anschlussstellen auf einer zweiten Hauptfläche des Anschlussträgers 1, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt.
Auf die Anodenleitungen sind strahlungsemittierende Halbleiterchips 2 aufgebracht, beispielsweise mit Hilfe eines elektrisch leitenden Klebers. Bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 kann es sich um Dünnfilm-Halbleiterchips oder um Volumenemitter handeln. Jeder Halbleiterchip 2 weist auf seiner Vorderseite zumindest einen elektrischen Kontakt auf. Der elektrische Kontakt der Halbleiterchips 2 ist jeweils über einen Bonddraht 5, der mit einem reverse BSOB Verfahren erzeugt ist, mit einer elektrischen Kontaktstelle auf dem Anschlussträger 1 elektrisch leitend verbunden. Auf der Oberfläche der Vergussmasse 6 und den Strahlungsaustrittsflächen 10 der Halbleiterchips 2 ist eine raue Deckschicht 15 aufgebracht, die aus einem Epoxidharz mit Silika-Partikeln gebildet ist. Die Halbleiterchips 3 sind von Kavitäten 11 in der Vergussmasse 6 umgeben,
Die strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 21 weist im Unterschied zu der strahlungsemittierenden Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 20 eine Schutzschicht 16 anstelle der rauen Deckschicht 15 auf. Die Schutzschicht 16 ist aus einem transparenten Epoxidharz gebildet und bedeckt die Oberfläche der Vergussmasse 6, die Strahlungsaustrittsflächen 10 der Halbleiterchips 2 und die Bonddrähte 5 vollständig.
Bei der strahlungsemittierenden Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 22 handelt es sich um ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, insbesondere um eine Leuchtdiode. Die Leuchtdiode weist einen Anschlussträger 1 mit einer Kontaktstelle auf einer ersten Hauptfläche auf. Auf die Kontaktstelle ist ein Halbleiterchip 2 mit einem elektrisch leitfähigen Kleber montiert. Weiterhin ist ein vorderseitiger Kontakt des Halbleiterchips 2 mit einer weiteren Anschlussstelle auf dem Anschlussträger 1 elektrisch leitend verbunden. Über dem Halbleiterchip 2 ist eine Kavität 11 ausgebildet, durch die die Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterchips 2 frei zugänglich ist. Die Kavität 11 ist mit einem Konversionselement 17 gefüllt. Das Konversionselement 17 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips 2, die in einer aktiven Zone des Halbleiterchips 2 erzeugt und von seiner Strahlungsaustrittsfläche 10 ausgesandt wird, zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren. Bei dem Konversionselement 17 kann es sich beispielsweise um ein Harz handeln, wie etwa Silikon, in das Leuchtstoffpartikel zur Wellenlängenkonversion eingebracht sind.
Anhand der schematischen Darstellungen der 23 bis 28 wird insbesondere der Aufbau eines Anschlussträgers 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel, der für ein Pixelmodul geeignet ist, näher erläutert. Der Anschlussträger 1 gemäß der 23 weist vier elektrischen leitfähige metallische Anschlussschichten 18, 19, 20, 21 auf. Die vier Anschlussschichten 18, 19, 20, 21 sind strukturiert ausgebildet und stellen zusammen mit mehreren Durchkontaktierungen 4 die leitenden Verbindungen zwischen der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche des Anschlussträgers 1 her. Weiterhin sind die metallischen Anschlussschichten 18, 19, 20, 21 parallel zueinander sowie zu den Hauptflächen des Anschlussträgers 1 angeordnet.
Die erste metallische Anschlussschicht 18 weist zu der ersten Hauptfläche des Anschlussträgers 1 und ist von außen frei zugänglich. Die erste metallische Anschlussschicht 18 umfasst die elektrischen Anschlussstellen für die Halbleiterchips sowie die elektrischen Anschlussstellen für die Bonddrähte 5. Die zweite Anschlussschicht 19 und die dritte Anschlussschicht 20 sind im Inneren des Anschlussträgers 1 angeordnet und jeweils durch dielektrisches Material, beispielsweise ein Epoxidharz voneinander elektrisch isoliert. Die vierte Anschlussschicht 21 weist zur zweiten Hauptfläche und bildet elektrische Kontaktstellen zur externen Kontaktierung aus. Die vierte Anschlussschicht 21 ist ebenfalls von außen frei zugänglich. Die vier Anschlussschichten 18, 19, 20, 21 sind durch Durchkontaktierungen 4 stellenweise elektrisch leitend miteinander verbunden.
24 zeigt eine Draufsicht auf die strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 23. Die erste Anschlussschicht 18 weist parallel zu einander angeordnete Anodenleitungen auf, auf denen die Halbleiterchips 2 elektrisch leitend befestigt sind. Im Unterschied zu den 1, 4, 10, 13 und 17, die ebenfalls strahlungsemittierende Vorrichtungen mit Anodenleitungen zeigen, ist die Darstellung der 24 um 90° gedreht. Die Anodenleitungen sind streifenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die Halbleiterchips 2 sind wie bei den Darstellungen der 1, 4, 10, 13 und 17 in einer periodischen Abfolge eines rot emittierenden Halbleiterchips 2, eines grün emittierenden Halbleiterchips 2 und eines blau emittierenden Halbleiterchips 2 auf einer Anodenleitung angeordnet, wobei jeweils ein rot emittierender Halbleiterchip 2, ein grün emittierender Halbleiterchip 2 und ein blau emittierender Halbleiterchip 2 ein Pixel 3 ausbilden. Die Halbleiterchips 2 weisen jeweils einen einzigen vorderseitigen Kontakt auf. Weiterhin umfasst jede Anodenleitung Kleberfallen 22, die Kurzschlüsse der Halbleiterchips 2 verhindern sollen.
Die erste Anschlussschicht 18 umfasst weiterhin Anschlussstellen für die vorderseitigen Bonddrähte 5, die in einer Reihe zwischen zwei direkt benachbarten Anodenleitungen angeordnet sind. Jeweils eine Anschlussstelle ist ausgehend von einem vorderseitigen Kontakt des direkt benachbarten Halbleiterchips 2 mit einer reverse BSOB Bondverbindung elektrisch leitend verbunden. Mit anderen Worten teilen sich zwei direkt benachbarte Halbleiterchips 2 zweier Anodenleitungen eine Anschlussstelle zur elektrischen Kontaktierung ihres vorderseitigen elektrischen Kontakts. Die Anschlussstellen weisen weiter Durchkontaktierungen 4 auf, die zusammen mit den Bonddrähten 5 die elektrische Kontaktierung der Kathoden der Halbleiterchips 2 in einer Reihe senkrecht zu der Anodenleitung ausbilden. Da sich zwei Halbleiterchips 2 eine Anschlussstelle teilen, kann die Anzahl der Durchkontaktierungen 4, die in der Regel mit einem Laser erzeugt werden, verringert werden. Dies reduziert die Kosten bei der Herstellung des Anschlussträgers 1.
Innerhalb einer Anodenleitung ist weiterhin zwischen zwei direkt benachbarten Pixeln 3 eine einzige weitere Anschlussstelle 23 angeordnet, die die jeweilige Anodenleitung mit der darunter liegenden zweiten Anschlussschicht 19 elektrisch leitend verbindet.
25 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Anschlussschicht 18 ohne Darstellung der Halbleiterchips 2. Wie 25 zeigt, bilden die Anschlussstellen 23, die die Anodenleitungen von vier benachbarten mit der zweiten Anschlussschicht 19 elektrisch leitend verbindet ein Quadrat. Die Quadrate sind entlang einer Diagonale des Musters der ersten Anschlussschicht 18 angeordnet.
26 zeigt eine schematische Draufsicht auf die zweite Anschlussschicht 19. Die zweite Anschlussschicht 19 umfasst streifenförmige Leiterbahnen als Kathodenleitungen, die senkrecht zu den Anodenleitungen der ersten Anschlussschicht 18 angeordnet sind. Die Kathodenleitungen verbinden die Kathoden der Halbleiterchips 2 elektrisch leitend miteinander, indem die Durchkontaktierungen 4 der ersten Anschlussschicht 18, die mit den Kathoden der Halbleiterchips 2 elektrisch leitend verbunden sind, elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Jede Kathodenleitung umfasst weiterhin eine einzige Durchkontaktierung 4', die die Kathodenleitungen mit der dritten Anschlussschicht 20 elektrisch leitend verbinden. Zudem sind Durchkontaktierungen 4 vorhanden, die die Anodenkontakte mit der dritten Anschlussschicht 20 elektrisch leitend verbinden.
27 zeigt schematisch die dritte Anschlussschicht 20, die weitere Durchkontaktierungen 4 umfasst. Die dritte Anschlussschicht 20 kann zu einer beliebigen Umverdrahtung der Kontaktierung verwendet werden. Weiterhin umfasst die dritte Anschlussschicht 20 weitere Durchkontaktierungen 4, die die elektrischen Verbindung mit der vierten Anschlussschicht 21 erzeugen. Die vierte Anschlussschicht 21 weist einzelne externe Kontaktstellen auf, über die die Pixel 3 rückseitige elektrisch kontaktiert werden können.
Die Videowand gemäß dem Ausführungsbeispiel der 29 umfasst vier Pixelmodule 24, wie sie beispielsweise anhand der 20 bis 21 bereits beschrieben wurden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Anschlussträger
2: Halbleiterchip
3: Pixel
4, 4': Durchkontaktierung
5: Bonddraht
6: Vergussmasse
7: Ausnehmung
8: Metallmaske
9: dünne Schicht der Vergussmasse
10: Strahlungsaustrittsfläche
11: Kavität
12: Träger
13: reflektierende Schicht
14: Halbleiterschichtenfolge
15: raue Deckschicht
16: Schutzschicht
17: Konversionselement
18: erste Anschlussschicht
19: zweite Anschlussschicht
20: dritte Anschlussschicht
21: vierte Anschlussschicht
22: Kleberfalle
23: Anschlussstelle
24: Pixelmodul

Claims

Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung mit den Schritten: - Bereitstellen eines Anschlussträgers (1), - Aufbringen einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (2) auf den Anschlussträger (1), wobei jeder Halbleiterchip (2) eine Strahlungsaustrittsfläche (10) aufweist, von der im Betrieb elektromagnetische Strahlung ausgesandt wird, - Umhüllen der Halbleiterchips (2) mit einer Vergussmasse (6) derart, dass die Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) vollständig mit der Vergussmasse (6) bedeckt sind, - zumindest teilweises Entfernen der Vergussmasse (6) über den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Vergussmasse (6) absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - die Vergussmasse (6) Füllpartikel aufweist, wobei die Konzentration der Füllpartikel in der Vergussmasse (6) mindestens 70 Gew% beträgt, und - die Halbleiterchips (2) vor dem Umhüllen jeweils mit einem Bonddraht (5) auf ihrer Vorderseite elektrisch leitend kontaktiert werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Vergussmasse (6) über den Strahlungsaustrittsflächen (10) mit den folgenden Schritten entfernt wird: - Erzeugen von Ausnehmungen (7) in der Vergussmasse (6) über den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) derart, dass eine dünne Schicht (9) der Vergussmasse (6) auf den Strahlungsaustrittsflächen (10) verbleibt, und - Entfernen der dünnen Schicht (9) der Vergussmasse (6) von den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) durch einen chemischen Prozess derart, dass aus den Ausnehmungen (7) Kavitäten (11) erzeugt werden, durch die die Strahlungsaustrittsflächen (10) frei zugänglich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem - bei dem Umhüllen der Halbleiterchips (2) mit der Vergussmasse (6) Ausnehmungen (11) in der Vergussmasse (6) über den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) derart erzeugt werden, dass jeweils eine dünne Schicht (9) der Vergussmasse (6) auf der Strahlungsaustrittsfläche (10) verbleibt, und - die dünne Schicht (9) der Vergussmasse (6) von den Strahlungsaustrittsflächen (10) der Halbleiterchips (2) durch einen chemischen Prozess derart entfernt wird, dass aus den Ausnehmungen (7) Kavitäten (11) erzeugt werden, durch die die Strahlungsaustrittsflächen (10) frei zugänglich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei dem eine Seitenfläche der Kavität (11) an eine Seitenfläche des Halbleiterchips (2) angrenzt.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - die Vergussmasse (6) vor dem Aushärten vorgehärtet wird, und - das Entfernen der Vergussmasse (6) nach dem Vorhärten und vor dem Aushärten der Vergussmasse (6) erfolgt.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine raue Deckschicht (15) auf die Oberfläche der Vergussmasse (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Schutzschicht (16) auf die Oberfläche der Vergussmasse (6) und die Strahlungsaustrittsflächen (10) aufgebracht wird, wobei Bonddrähte (5), die mit einer vorderseitigen Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden sind, mit der Schutzschicht (16) bedeckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips (2) in Reihen angeordnet werden, die Zeilen und Spalten ausbilden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Halbleiterchips (2) in Reihen angeordnet werden, die parallel zueinander verlaufen, und - die Ausnehmungen (7) oder die Kavitäten (11) jeweils als Gräben ausgebildet werden, wobei sich jeder Graben über einer Reihe an Halbleiterchips (2) erstreckt.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Vorrichtung ein Pixelmodul mit mehreren Pixeln (3) ist, wobei jedes Pixel (3) einen rot emittierenden Halbleiterchip (2), einen grün emittierenden Halbleiterchip (2) und einen blau emittierenden Halbleiterchip (2) umfasst.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Pixel (3) so in zueinander parallelen Reihen angeordnet sind, dass sich die Abfolge der rot emittierenden Halbleiterchips (2), der grün emittierenden Halbleiterchips (2) und der blau emittierenden Halbleiterchips (2) entlang einer Reihe periodisch wiederholt.
Verfahren nach einem der Ansprüche, bei dem - die Vergussmasse (6) diffus reflektierend ausgebildet ist, und - die Kavität (11) mit einem Konversionselement (17) gefüllt wird, das elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips aus einem ersten Wellenlängenlängenbereich zumindest teilweise in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt.
Strahlungsemittierende Vorrichtung, die mit einem Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche erzeugt wurde.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der es sich um ein Pixelmodul für eine Videowand handelt.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, die einen Anschlussträger (1) mit vier Anschlussschichten (18, 19, 20, 21) und eine Vielzahl an Halbleiterchips (2) umfasst, wobei sich jeweils zwei Halbleiterchips (2) eine gemeinsame Anschlussstelle teilen, die Teil einer ersten Anschlussschicht (18) ist.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche, bei der die Halbleiterchips (2) jeweils einen einzigen vorderseitigen elektrischen Kontakt aufweisen, der mit einer reverse BSOB Bondverbindung mit einer Anschlussstelle verbunden ist, die Teil der ersten Anschlussschicht (18) ist.
Videowand mit mindestens einem Pixelmodul gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17.