DE102010064724B4

DE102010064724B4 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102010064724B4
Application number: DE102010064724.1A
Authority: DE
Inventors: Johann Ramchen; David Racz; Dr. Gallmeier Hans-Christoph; Stefan Grötsch; Simon Jerebic
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2024-09-26
Anticipated expiration: 2030-06-25

Abstract

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit- einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20),- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3), der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist und der eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Strahlungshauptseite (30) aufweist,- mindestens einem Bonddraht (4), über den der Halbleiterchip (3) elektrisch kontaktiert ist,- mindestens einem Abdeckkörper (5) auf der Strahlungshauptseite (30), der den Bonddraht (4) in eine Richtung weg von der Trägeroberseite (20) und senkrecht zu der Strahlungshauptseite (30) überragt,- mindestens einer reflektierenden Vergussmasse (6), die den Halbleiterchip (3) in lateraler Richtung umgibt und von der Trägeroberseite (20) her mindestens bis zur Strahlungshauptseite (30) reicht, und- einem Gehäuse (9) mit einer Kavität (90), wobei- der Bonddraht (4) vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) zusammen mit dem Abdeckkörper (5) überdeckt ist,- der Halbleiterchip (3), der Abdeckkörper (5) sowie die reflektierende Vergussmasse (6) an der Trägeroberseite (20) in der Kavität (90) angeordnet sind,- die reflektierende Vergussmasse (6) vom Halbleiterchip (3) bis zu lateralen Begrenzungsflächen (95) der Kavität (90) reicht,- eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Vergussoberseite (60), mit einer Toleranz von höchstens 30 µm, bündig mit einer Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) verläuft, und- die Vergussmasse (6) einen paraboloiden Reflektor ausbildet, wobei eine Dicke der Vergussmasse (6), mit einer Toleranz von 30 µm in eine Richtung weg von dem Halbleiterchip (3) stetig zunimmt.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
In der Druckschrift US 2006/0138621 A1 ist eine optoelektronische Komponente und ein Modul, basierend auf der optoelektronischen Komponente, angegeben.
Aus den Druckschriften DE 10 2004 021 233 A1 , US 2010 / 0 140 648 A1 und WO 2007 / 072 659 A1 sind optoelektronische Halbleiterbauteile bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine hohe Lichtauskoppeleffizienz aufweist.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen Träger mit einer Trägeroberseite. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte oder um eine bedruckte Leiterplatte, kurz PCB. Ein Basismaterial des Trägers, auf dem beispielsweise elektrische Leiterbahnen angebracht sind, kann eine Keramik wie ein Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid sein. Ebenso kann der Träger auf einem Metall basieren oder eine Metallkernplatine sein. Weiterhin kann der Träger als so genanntes Quad-Flat No-Leads-Package, kurz QFN, ausgeführt sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips, die an der Trägeroberseite angebracht sind. Die Halbleiterchips weisen eine Strahlungshauptseite auf, die der Trägeroberseite abgewandt ist. Eine in den Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, verlässt die Halbleiterchips überwiegend oder vollständig über die Strahlungshauptseite.
Bei den Halbleiterchips handelt es sich insbesondere um auf einem III-V-Halbleitermaterial basierende Halbleiterchips. Beispielsweise basieren die Halbleiterchips auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-nGa_mN oder auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-nGa_mP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei kann dieses Material einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, also Al, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt sind die optoelektronischen Halbleiterchips dazu eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterbauteils eine sichtbare Strahlung, beispielsweise im blauen, im grünen, im gelben und/oder im roten Spektralbereich, zu erzeugen. Die Strahlungserzeugung erfolgt in mindestens einer aktiven Zone, die mindestens eine Quantentopfstruktur und/oder mindestens einen pn-Übergang beinhaltet.
Der Halbleiterchip ist über mindestens einen Bonddraht elektrisch kontaktiert, bevorzugt über genau einen Bonddraht. Es ist der Bonddraht an der Strahlungshauptseite mit dem Halbleiterchip verbunden. Insbesondere verbindet der Bonddraht eine Leiterbahn an der Trägeroberseite mit einer Stromaufweitungsstruktur an der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips. Elektrische Kontakte des Halbleiterchips befinden sich bevorzugt an einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Halbleiterchips.
Das Halbleiterbauteil weist mindestens einen Abdeckkörper auf, der an der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips angebracht ist. Der Abdeckkörper kann auf die Strahlungshauptseite beschränkt sein oder auch den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung, also in eine Richtung parallel zu der Strahlungshauptseite, überragen. Weiterhin überragt der Abdeckkörper, in einer Richtung weg von der Trägeroberseite und senkrecht zu der Strahlungshauptseite, den Bonddraht. Mit anderen Worten kann, in eine Projektion auf eine Ebene senkrecht zu der Strahlungshauptseite gesehen, der Bonddraht vollständig zwischen der Trägeroberseite und einer Körperoberseite des Abdeckkörpers, die der Trägeroberseite abgewandt ist, liegen.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil weist mindestens eine reflektierende Vergussmasse auf. Die Vergussmasse umgibt den Halbleiterchip stellenweise oder vollständig in lateraler Richtung. Von der Trägeroberseite aus gesehen reicht die Vergussmasse mindestens bis zu der Strahlungshauptseite, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 15 µm oder von höchstens 5 µm. Bevorzugt steht die reflektierende Vergussmasse in lateraler Richtung zumindest stellenweise in unmittelbarem, direktem Kontakt zu dem Halbleiterchip.
Der Bonddraht ist vollständig von der reflektierenden Vergussmasse oder alternativ vollständig von der reflektierenden Vergussmasse zusammen mit dem Abdeckkörper überdeckt. Mit anderen Worten ragt der Bonddraht, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite, nicht aus der reflektierenden Vergussmasse oder nicht aus der reflektierenden Vergussmasse zusammen mit dem Abdeckkörper heraus. Der Bonddraht liegt insbesondere an keiner Stelle frei. Das heißt, in eine Richtung senkrecht zur und weg von der Trägeroberseite folgt auf jedes Teilstück des Bonddrahts ein Material der reflektierenden Vergussmasse und/oder ein Material des Abdeckkörpers.
Das optoelektronische Halbleiterbauteils umfasst einen Träger mit einer Trägeroberseite sowie mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der an der Trägeroberseite angebracht ist und der eine der Trägeroberseite abgewandte Strahlungshauptseite aufweist. Weiterhin beinhaltet das Halbleiterbauteil mindestens einen Bonddraht, über den der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert ist, sowie mindestens einen Abdeckkörper, der auf der Strahlungshauptseite angebracht ist und der den Bonddraht, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite und senkrecht zu der Strahlungshauptseite, überragt. Zumindest eine reflektierende Vergussmasse umgibt den Halbleiterchip in lateraler Richtung und reicht, von der Trägeroberseite her gesehen, mindestens bis zu der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips. Der Bonddraht ist hierbei vollständig von der reflektierenden Vergussmasse oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse zusammen mit dem Abdeckkörper überdeckt.
Durch eine solche reflektierende Vergussmasse ist eine Strahlungsemission insbesondere ausschließlich an der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips erzielbar. Weiterhin sind Abschattungseffekte oder unerwünschte Reflexionen an dem Bonddraht reduzierbar oder vermeidbar, so dass eine Strahlungsauskoppeleffizienz aus dem Halbleiterbauteil heraus erhöhbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Bonddraht vollständig in die reflektierende Vergussmasse eingebettet. Insbesondere umgibt die reflektierende Vergussmasse den Draht formschlüssig und steht in unmittelbarem Kontakt zu dem Bonddraht. Es ist der Bonddraht also beispielsweise von der reflektierenden Vergussmasse unmittelbar umgossen. Vollständig eingebettet kann bedeuten, dass der Bonddraht ausschließlich in Kontakt steht erstens mit der reflektierenden Vergussmasse und/oder zweitens mit elektrischen Anschlussbereichen, mit denen der Bonddraht elektrisch leitend verbunden und an die der Bonddraht gebondet ist und/oder drittens mit einem elektrischen Verbindungsmittel, mit dem der Bonddraht an den Anschlussbereichen befestigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils reicht die reflektierende Vergussmasse, von der Trägeroberseite her gesehen, bis an die der Trägeroberseite abgewandte Körperoberseite des Abdeckkörpers. Insbesondere schließt die reflektierende Vergussmasse an einer lateralen Begrenzungsfläche des Abdeckkörpers, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite, bündig oder im Rahmen der Herstellungstoleranzen bündig mit der Körperoberseite ab. Beispielsweise betragen die Herstellungstoleranzen höchstens 10 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Körperoberseite des Abdeckkörpers mit einer Antihaftschicht versehen. Die Antihaftschicht ist nicht benetzend für ein Material der reflektierenden Vergussmasse ausgebildet. Die Antihaftschicht besteht oder weist zum Beispiel ein Polyhalogenolefin, insbesondere eine fluorhaltige Verbindung wie Polytetrafluorethylen, auf.
Bevorzugt ist die Antihaftschicht transparent für eine unmittelbar in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung und/oder für eine in dem Abdeckkörper über Wellenlängenkonversion erzeugte Strahlung.
Eine der Trägeroberseite abgewandte Vergussoberseite des reflektierenden Vergusskörpers verläuft bündig und/oder optional parallel zu der Körperoberseite des Abdeckkörpers. Eine Toleranz bezüglich der Bündigkeit und/oder der Parallelität beträgt zum Beispiel höchstens 30 µm, in einer Richtung senkrecht zu der Körperoberseite. Im Rahmen der Herstellungstoleranzen kann die Vergussoberseite parallel zu der Trägeroberseite verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Trägeroberseite, in Draufsicht gesehen, vollständig von der reflektierenden Vergussmasse zusammen mit dem Abdeckkörper überdeckt. Mit anderen Worten folgt jedem Teilstück der Trägeroberseite, in eine Richtung senkrecht zu und weg von der Trägeroberseite, ein Material der Vergussmasse oder/und des Abdeckkörpers nach. Insbesondere folgt jedem Teilstück der Trägeroberseite entweder ein Material der Vergussmasse oder ein Material des Abdeckkörpers nach.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips einen elektrischen Anschlussbereich auf. Bei dem elektrischen Anschlussbereich kann es sich um ein so genanntes Bondpad handeln. Insbesondere ist in dem Anschlussbereich der Bonddraht elektrisch und mechanisch mit dem Halbleiterchip verbunden. Bevorzugt weist der Halbleiterchip an der Strahlungshauptseite genau einen elektrischen Anschlussbereich auf. Von dem Anschlussbereich ausgehend können sich Strukturen zu einer Stromverteilung an der Strahlungshauptseite befinden, zum Beispiel schmale, metallische Stege.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der elektrische Anschlussbereich an der Strahlungshauptseite frei von dem Abdeckkörper. Mit anderen Worten folgt dem Anschlussbereich, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite, kein Material des Abdeckkörpers nach. Der Anschlussbereich berührt bevorzugt den Abdeckkörper auch nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der elektrische Anschlussbereich an der Strahlungshauptseite vollständig oder teilweise von der reflektierenden Vergussmasse bedeckt. In eine Richtung senkrecht zu und weg von der Strahlungshauptseite folgt also jedem Teilstück des Anschlussbereichs ein Material der reflektierenden Vergussmasse nach.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils verläuft der Bonddraht in dem elektrischen Anschlussbereich an der Strahlungshauptseite, mit einer Toleranz von höchstens 20° oder von höchstens 10°, parallel zu der Strahlungshauptseite und/oder parallel zu der Trägeroberseite und/oder parallel zu der Körperoberseite des Abdeckkörpers. Besonders bevorzugt verläuft der Bonddraht auch in einem Nahbereich um den elektrischen Anschlussbereich herum parallel zu der Strahlungshauptseite. Beispielsweise weist der Nahbereich einen Durchmesser auf, der mindestens dem Zweifachen oder mindestens dem Fünffachen eines mittleren Durchmessers des elektrischen Anschlussbereichs auf der Strahlungshauptseite entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Abdeckkörper als Plättchen geformt und bevorzugt auf die Strahlungshauptseite begrenzt. Mit anderen Worten übersteigen laterale Ausdehnungen des Abdeckkörpers dessen Höhe. Dass der Abdeckkörper auf die Strahlungshauptseite begrenzt ist, bedeutet, dass der Abdeckkörper die Strahlungshauptseite in lateraler Richtung nicht überragt, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 50 µm oder von höchstens 15 µm. Als Plättchen geformt kann weiterhin bedeuten, dass zwei Hauptseiten des Abdeckkörpers im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zueinander orientiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Abdeckkörper eine Dicke zwischen einschließlich 50 µm und 250 µm, insbesondere zwischen einschließlich 50 µm und 120 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die reflektierende Vergussmasse ein klarsichtiges, transparentes Matrixmaterial auf, wobei in das Matrixmaterial reflektierende Partikel eingebettet sind. Beispielsweise sind die Partikel diffus reflektierend und weiß. Besonders bevorzugt weist das Matrixmaterial bei Raumtemperatur eine Härte von höchstens Shore A 50 oder von höchstens Shore A 40 auf. Mit anderen Worten ist das Matrixmaterial vergleichsweise weich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfassen oder bestehen die Partikel aus einem Partikelmaterial, das ein Metalloxid ist. Bei dem Metalloxid handelt es sich beispielsweise um Titandioxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein Gewichtsanteil der reflektierenden Partikel, bezogen auf die gesamte reflektierende Vergussmasse, zwischen einschließlich 10 % und 40 %, insbesondere zwischen einschließlich 20 % und 30 %.
Ein Reflexionskoeffizient der reflektierenden Vergussmasse beträgt für sichtbare Strahlung, beispielsweise für Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 450 nm und 700 nm, mindestens 85 % oder, bevorzugt, mindestens 90 % oder mindestens 93 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils erscheint die Vergussmasse weiß, in Draufsicht auf die Vergussmasse gesehen und insbesondere in einem Bereich um den Halbleiterchip herum. Mit anderen Worten ist zum Beispiel eine Konzentration der Partikel so eingestellt, dass die Vergussmasse für einen Betrachter einen weißen Farbeindruck erweckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umgibt die reflektierende Vergussmasse den Halbleiterchip ringsum vollständig, in lateraler Richtung gesehen, und ist formschlüssig zu lateralen Begrenzungsflächen des Halbleiterchips ausgebildet. Weiterhin bevorzugt umgibt die reflektierende Vergussmasse ebenso den Bonddraht und/oder den Abdeckkörper in lateraler Richtung formschlüssig und vollständig ringsum.
Das optoelektronische Halbleiterbauteils weist ein Gehäuse mit einer Kavität auf, wobei sich der Halbleiterchip, der Abdeckkörper, der Bonddraht sowie die reflektierende Vergussmasse jeweils in der Kavität befinden und wobei der Halbleiterchip an der Trägeroberseite angebracht ist. Hierbei reicht die reflektierende Vergussmasse, entlang einer lateralen Richtung, von dem Halbleiterchip bis zu lateralen Begrenzungsflächen der Kavität, so dass zwischen den lateralen Begrenzungsflächen der Kavität und dem Halbleiterchip kein Luftspalt oder kein Spalt, der mit einem weiteren Material gefüllt ist, auftritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die reflektierende Vergussmasse dazu eingerichtet, die lateralen Begrenzungsflächen der Kavität zu benetzen. Mit anderen Worten kann sich an den lateralen Begrenzungsflächen ein konkaver Meniskus ausbilden und es kann bei der Fertigung des Halbleiterbauteils die reflektierende Vergussmasse entlang der lateralen Begrenzungsflächen der Kavität in Richtung weg von der Trägeroberseite kriechen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist eine Dicke der Vergussmasse unmittelbar an den lateralen Begrenzungsflächen der Kavität um mindestens 50 µm und/oder um höchstens 400 µm größer als unmittelbar an dem Halbleiterchip.
Die reflektierende Vergussmasse bildet einen paraboloiden Reflektor aus, wobei eine Dicke der Vergussmasse, mit einer Toleranz von höchstens 30 µm, in eine Richtung weg von dem Halbleiterchip stetig zunimmt. Dem steht nicht entgegen, dass sich innerhalb der genannten Toleranz zum Beispiel an lateralen Begrenzungsflächen des Abdeckkörpers ebenfalls ein vergleichsweise kleiner Meniskus der Vergussmasse ausbilden kann.
Ferner betrifft die Erfindung folgende Aspekte und Kombinationen von Aspekte, die nummeriert angegeben sind:

1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- - einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20),
- - mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3), der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist und der eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Strahlungshauptseite (30) aufweist,
- - mindestens einem Bonddraht (4), über den der Halbleiterchip (3) elektrisch kontaktiert ist,
- - mindestens einem Abdeckkörper (5) auf der Strahlungshauptseite (30), der den Bonddraht (4) in eine Richtung weg von der Trägeroberseite (20) und senkrecht zu der Strahlungshauptseite (30) überragt, und
- - mindestens einer reflektierenden Vergussmasse (6), die den Halbleiterchip (3) in lateraler Richtung umgibt und von der Trägeroberseite (20) her mindestens bis zur Strahlungshauptseite (30) reicht, wobei der Bonddraht (4) vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) zusammen mit dem Abdeckkörper (5) überdeckt ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Aspekt, bei dem der Bonddraht (4) vollständig in die reflektierende Vergussmasse (6) eingebettet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6), von der Trägeroberseite (20) her, bis an eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) reicht.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem die Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) mit einer Antihaftschicht (8) versehen ist und die Antihaftschicht (8) nicht benetzend für ein Material der reflektierenden Vergussmasse (6) ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Vergussoberseite (60), mit einer Toleranz von höchstens 30 µm, bündig mit und parallel zu der Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) verläuft.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem die Trägeroberseite (20), in Draufsicht gesehen, vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) zusammen mit dem Abdeckkörper (5) überdeckt ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem der Bonddraht (4) in einem elektrischen Anschlussbereich (7) auf der Strahlungshauptseite (30) an dem Halbleiterchip (2) angebracht ist, wobei der elektrische Anschlussbereich (7) frei von dem Abdeckkörper (5) ist und teilweise oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) bedeckt ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem der Bonddraht (4) in dem Anschlussbereich (7), mit einer Toleranz von höchstens 20°, parallel zu der Strahlungshauptseite (30) verläuft.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem der Abdeckkörper (5) als Plättchen geformt und auf die Strahlungshauptseite (30) begrenzt ist, wobei eine Dicke (A) des Abdeckkörpers (5) zwischen einschließlich 50 µm und 250 µm beträgt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) ein transparentes Matrixmaterial und darin eingebettete reflektierende Partikel umfasst, wobei das Matrixmaterial bei Raumtemperatur eine Härte von höchstens Shore A 50 aufweist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Aspekt, bei dem ein Partikelmaterial, aus dem die reflektierenden Partikel geformt sind, ein Metalloxid ist, wobei ein Gewichtsanteil der Partikel an der reflektierenden Vergussmasse (6) zwischen einschließlich 10 % und 40 % liegt.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) den Halbleiterchip (3), den Bonddraht (4) sowie den Abdeckkörper (5) formschlüssig und in lateraler Richtung vollständig ringsum umgibt.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Aspekte, das ein Gehäuse (9) mit einer Kavität (90) aufweist, wobei der Halbleiterchip (3), der Abdeckkörper (4) sowie die reflektierende Vergussmasse (6) an der Trägeroberseite (20) in der Kavität (90) angeordnet sind, und wobei die reflektierende Vergussmasse (6) vom Halbleiterchip (3) bis zu lateralen Begrenzungsflächen (95) der Kavität (90) reicht.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Aspekt, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) dazu eingerichtet ist, die lateralen Begrenzungsflächen (95) der Kavität (90) zu benetzen, wobei eine Dicke (T) der Vergussmasse (6) an der lateralen Begrenzungsfläche (95) um mindestens 50 µm und um höchstens 400 µm größer ist als an dem Halbleiterchip (3).

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteile unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Beispielen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 bis 7 schematische Darstellungen von Beispielen und Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.

In 1 ist ein Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 in einer schematischen Schnittdarstellung illustriert. Ein optoelektronischer Halbleiterchip 3 ist an einer ebenen Trägeroberseite 20 eines Trägers 2 angebracht. Der Halbleiterchip 3 weist eine dem Träger 2 abgewandte Strahlungshauptseite 30 auf. An der Strahlungshauptseite 30 ist ein Abdeckkörper 5 mit einer dem Halbleiterchip 3 abgewandten, ebenen Körperoberseite 50 angebracht. Der Abdeckkörper 5 ist als Plättchen geformt und weist eine Dicke A von beispielsweise circa 100 µm auf. Eine Dicke C des Halbleiterchips liegt beispielsweise zwischen einschließlich 30 µm und 250 µm, insbesondere um circa 120 µm. Ein Teilbereich in einer Ecke der Strahlungshauptseite 30, in dem sich ein elektrischer Anschlussbereich 7a befindet, ist von dem Abdeckkörper 5 nicht bedeckt.
Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 3 erfolgt über einen Bonddraht 4, der von einem elektrischen Anschlussbereich 7b an der Trägeroberseite 20 bis zu dem Anschlussbereich 7a an der Strahlungshauptseite 30 reicht. In einem Bereich um den Anschlussbereich 7a verläuft der Bonddraht 4 näherungsweise parallel zu der Strahlungshauptseite 30, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 20°. Anders als in 1 dargestellt ist es möglich, dass ein Abstand des Bonddrahtes 4 zu der Trägeroberseite 20 von dem Anschlussbereich 7a in Richtung hin zu dem Anschlussbereich 7b stetig abnimmt, insbesondere falls der Anschlussbereich 7a podestartig ausgebildet ist.
In lateraler Richtung umgibt den Halbleiterchip 3, den Abdeckkörper 5 sowie den Bonddraht 4 formschlüssig eine reflektierende Vergussmasse 6. Der Bonddraht 4 ist vollständig in die reflektierende Vergussmasse 6 eingebettet. Eine Dicke T der Vergussmasse 6 entspricht, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 5 % oder von höchstens 10 %, der Summe der Dicken A, C des Abdeckkörpers 5 sowie des Halbleiterchips 3. Eine dem Träger 2 abgewandte Vergussoberseite 60 der Vergussmasse 6 ist, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, parallel zu der Trägeroberseite 20 sowie zu der Körperoberseite 50 orientiert und schließt im Rahmen der Herstellungstoleranzen bündig mit der Körperoberseite 50 ab. Bei der Vergussmasse 6 handelt es sich zum Beispiel um ein transparentes Silikon oder um ein transparentes Silikon-Epoxid-Hybridmaterial, in das reflektierende Partikel, insbesondere aus Titandioxid, eingebettet sind. Der Anschlussbereich 7a an der Strahlungshauptseite 30 ist von der Vergussmasse 6 vollständig bedeckt.
An lateralen Begrenzungsflächen des Abdeckkörpers 5 kann sich an einer dem Träger 2 abgewandten Vergussoberseite 60 der Vergussmasse 6 ein konkaver Meniskus ausbilden. Bevorzugt ist die Körperoberseite 50 des Abdeckkörpers 5 mit einer Antihaftschicht 8 versehen, die ein Benetzen der Körperoberseite 50 mit einem Material der Vergussmasse 6 verhindert. Eine Dicke der Antihaftschicht 8 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 10 nm und 1 µm, insbesondere zwischen einschließlich 25 nm und 200 nm. Die Antihaftschicht weist bevorzugt ein fluoriertes Material, beispielsweise ein teflonartiges Material, auf.
Der Abdeckkörper 5 ist beispielsweise an die Strahlungshauptseite 30 aufgeklebt oder unmittelbar auf die Strahlungshauptseite 30 aufgedruckt. Anders als dargestellt können, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite 20, mehrere Abdeckkörper, die unterschiedliche Funktionen ausüben und beispielsweise transparent, diffus streuend sind oder ein Konversionsmittel aufweisen, aufeinander folgen. Ebenso ist es möglich, dass der Abdeckkörper 5 an der Körperoberseite 50 jeweils eine aufgeraute Struktur zur Verbesserung einer Lichtauskopplung aufweist oder zusätzlich oder alternativ zu der Antihaftschicht 8 mit einer Antireflexionsbeschichtung oder mit einer besonders harten, gegen mechanische Belastungen widerstandsfähigen Beschichtung versehen ist.
Anders als in 1 dargestellt, ist es möglich, wie auch in allen anderen Beispielen und Ausführungsbeispielen, dass der optoelektronische Halbleiterchip 3 über zwei Bonddrähte 4 an der Strahlungshauptseite 30 elektrisch kontaktiert ist und dass der Halbleiterchip 3 dann als so genannter Flip-Chip ausgebildet ist.
In perspektivischen Darstellungen ist in den 2A bis 2E schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Beispiels des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert.
Gemäß 2A wird der Träger 2 bereitgestellt. Der Träger 2 weist elektrische Anschlussbereiche 7b, 7c, 7d an der Trägeroberseite 20 auf. Die Anschlussbereiche 7b, 7d sind bevorzugt mit nicht dargestellten elektrischen Leiterbahnen an einer Unterseite des Trägers 2 über Durchkontaktierungen verbunden.
Gemäß 2B werden an den Anschlussbereichen 7c die mehreren Halbleiterchips 3, beispielsweise über ein Löten oder ein elektrisch leitfähiges Kleben, angebracht. An den Anschlussbereichen 7d werden Schutzdioden 11 gegen elektrostatische Entladung angebracht. Bei den Halbleiterchips 3 kann es sich um baugleiche Halbleiterchips handeln oder auch um verschiedene, beispielsweise in verschiedenen Spektralbereichen emittierende Halbleiterchips.
In 2C sind die Bonddrähte 4a, 4b mit den Anschlussbereichen 7a, 7e des Halbleiterchips 3 sowie mit der Schutzdiode 11 verbunden, ausgehend von dem Anschlussbereich 7b an der Trägeroberseite 20. Die Bonddrähte 4a, 4b werden bevorzugt zuerst mit der Trägeroberseite 20 und anschließend mit dem Halbleiterchip 3 sowie mit der Schutzdiode 11 verbunden.
Gemäß 2D werden auf den Halbleiterchips 3 die Abdeckkörper 5a, 5b aufgebracht. Bei den Abdeckkörpern 5a handelt es sich beispielsweise um klarsichtige, transparente Plättchen, die bevorzugt eine Dicke derart aufweisen, dass sie in eine Richtung weg von dem Träger 2 bündig mit den Abdeckkörpern 5b abschließen. Die Abdeckkörper 5b beinhalten ein Konversionsmittel, das dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der von den Halbleiterchips 3 emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Beispielsweise emittieren die den Abdeckkörpern 5b zugeordneten Halbleiterchips 3 blaues Licht und die den Abdeckkörpern 5a zugeordneten Halbleiterchips 3 blaues Licht oder rotes Licht. Alternativ hierzu kann es sich bei den Halbleiterchips 3 jeweils um baugleiche Halbleiterchips handeln. Ebenso können baugleiche Abdeckkörper 5a, 5b Verwendung finden.
Eine detailliertere Darstellung der Bonddrähte 4a, 4b ist der 3 zu entnehmen. In eine Richtung weg von der Trägeroberseite 20 überragen die Abdeckkörper 5a, 5b die Bonddrähte 4a, 4b. Entlang des Verlaufs der Bonddrähte 4a, 4b weisen diese unterschiedliche Krümmungsradien auf. Über dem elektrischen Anschlussbereich 7b an der Trägeroberseite 20 ist der Krümmungsradius der Bonddrähte 4a, 4b insbesondere kleiner als in einem Bereich nahe der Anschlussbereich 7a, 7e an den dem Träger 2 abgewandten Seiten des Halbleiterchips 3 sowie der Schutzdiode 11.
Gemäß 2E sind die Halbleiterchips 3 sowie die Abdeckkörper 5a, 5b und die Bonddrähte 4a, 4b von der reflektierenden Vergussmasse 6 umgossen und in lateraler Richtung umgeben. Die Abdeckkörper 5a, 5b sowie die Vergussmasse 6 bedecken den Träger 2, in eine Richtung weg von der Trägeroberseite 20, vollständig. Es sind die Bonddrähte 4a, 4b komplett in die Vergussmasse 6 eingebettet. Die Vergussoberseite 60 verläuft näherungsweise parallel zu der Trägeroberseite 20 und ist, mit Ausnahme von konkaven Menisken, die sich an lateralen Begrenzungsflächen der Abdeckkörper 5a, 5b ausbilden, planar geformt und schließt bündig mit den Körperoberseiten 50 ab.
Durch die Vergussmasse 6 ist verhinderbar, dass Strahlung aus den Abdeckkörpern 5b mit dem Konversionsmittel zugeordneten Halbleiterchips 3 austritt, die die Abdeckkörper 5b nicht durchlaufen hat. Hierdurch ist eine besonders homogene, spektrale Abstrahlung und eine hohe Konversionseffizienz erreichbar.
Optional kann das Halbleiterbauteil 1 gemäß 2E zu Halbleiterbauteilen mit jeweils mehreren oder jeweils genau einem Halbleiterchip 3 vereinzelt werden.
In 4 ist ein weiteres Beispiel des Halbleiterbauteils 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Anders als gemäß 1 ist der Bonddraht 4 in die Vergussmasse 6 zusammen mit dem Abdeckkörper 5 eingebettet. Die reflektierende Vergussmasse 6 reicht, von der Trägeroberseite 20 her gesehen, nur bis an die Strahlungshauptseite 30 heran. Der Abdeckkörper 5 erstreckt sich vollständig oder im Wesentlichen vollständig über die gesamte Trägeroberseite 20. Die Körperoberseite 50 ist bevorzugt eben geformt. Die Dicke A des Abdeckkörpers 5 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 50 µm und 150 µm. Der Abdeckkörper 5 ist bevorzugt klarsichtig und transparent. Ebenso ist es möglich, dass der Abdeckkörper 5 ein Filtermittel und/oder ein Konversionsmittel enthält, wie auch in allen anderen Beispielen und Ausführungsbeispielen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 5A bis 5E, in denen ein Herstellungsverfahren für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt ist, analog zu den 2A bis 2E, weist der Träger 2 ein Gehäuse 9 mit einer Kavität 90 auf. Laterale Begrenzungsflächen 95 der Kavität 90 sind näherungsweise senkrecht zu der Trägeroberseite 20, auf der die elektrischen Anschlussbereiche 7b, 7c, 7d angebracht sind, orientiert. Die lateralen Begrenzungsflächen 95 sind benetzend bezüglich der reflektierenden Vergussmasse 6 gestaltet, so dass sich beim Befüllen der Kavität 90 mit der reflektierenden Vergussmasse 6 durch die Vergussoberseite 60 eine Reflektorwanne ausbildet. Die Vergussoberseite 60 ist bevorzugt paraboloid geformt.
Laterale Abmessungen des Trägers 2 bewegen sich beispielsweise zwischen einschließlich 1 mm x 2 mm und 4 mm x 8 mm, wie auch in allen anderen Beispielen und Ausführungsbeispielen. Die Halbleiterbauteile 1 sind also vergleichsweise kompakt aufgebaut. Optional können an Ecken des Gehäuses 9 sowie des Trägers 2 zylinderförmige Ausnehmungen gebildet sein, die beispielsweise Justagehilfen oder Montagehilfen darstellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 mit dem Gehäuse 9 ist in den schematischen Schnittdarstellungen gemäß den 6A bis 6C illustriert. Wie auch bei allen anderen Beispielen und Ausführungsbeispielen ist der Vergussoberseite 60 bevorzugt kein weiterer Verguss nachgeordnet. Insbesondere grenzt die Vergussoberseite 60 an Luft. Alternativ hierzu ist es möglich, dass über der Vergussoberseite 60 und/oder über dem Gehäuse 9 eine in den Figuren nicht dargestellte Optik, beispielsweise eine Linse, nachgeordnet ist.
In 7 ist in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 7 der Abdeckkörper sowie der Bonddraht nicht gezeichnet. Durch die Vergussoberseite 60 ist ein paraboloider Reflektor ausgebildet. An den lateralen Begrenzungsflächen 95 kriecht die Vergussmasse 6 während des Herstellens hoch. An dem Halbleiterchip 3 weist die Vergussmasse 6 eine Dicke T1 und an den lateralen Begrenzungsflächen 95 eine Dicke T2 auf.
Eine Differenz zwischen den Dicken T1, T2 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 50 µm und 400 µm oder zwischen einschließlich 75 µm und 300 µm. Eine laterale Ausdehnung der Vergussmasse 6 zwischen den lateralen Begrenzungsflächen 95 des Gehäuses 9 und dem Halbleiterchip 3 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 100 µm und 1 mm, insbesondere zwischen einschließlich 150 µm und 500 µm, zum Beispiel circa 350 µm. Die Vergussmasse 6 steht in direktem Kontakt zu dem Halbleiterchip 3 und zu den lateralen Begrenzungsflächen 95. An lateralen Begrenzungsflächen des Halbleiterchips 3 können sich kehlenförmige Teile eines Verbindungsmittels, mit dem der Halbleiterchip 3 an dem Träger 2 angebracht ist, befinden.
In 7 ist zu sehen, dass die Dicke T der Vergussmasse 6 in Richtung weg von dem Halbleiterchip 3 zuerst geringfügig abnehmen kann und dann, in Richtung hin zu den lateralen Begrenzungsflächen 95, wieder stetig zunimmt. Eine Abnahme der Dicke T, in Richtung weg von dem Halbleiterchip 3, beträgt bevorzugt höchstens 30 µm oder höchstens 20 µm und ist der Ausbildung eines kleinen konkaven Meniskus an dem Halbleiterchip 3 beziehungsweise an dem Abdeckkörper zuzuschreiben. Eine Strahlformung durch die Vergussoberseite 60 ist durch dieses lokale Minimum der Dicke T des Vergusskörpers 6 nicht oder nahezu nicht beeinflusst.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20), - mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3), der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist und der eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Strahlungshauptseite (30) aufweist, - mindestens einem Bonddraht (4), über den der Halbleiterchip (3) elektrisch kontaktiert ist, - mindestens einem Abdeckkörper (5) auf der Strahlungshauptseite (30), der den Bonddraht (4) in eine Richtung weg von der Trägeroberseite (20) und senkrecht zu der Strahlungshauptseite (30) überragt, - mindestens einer reflektierenden Vergussmasse (6), die den Halbleiterchip (3) in lateraler Richtung umgibt und von der Trägeroberseite (20) her mindestens bis zur Strahlungshauptseite (30) reicht, und - einem Gehäuse (9) mit einer Kavität (90), wobei - der Bonddraht (4) vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) zusammen mit dem Abdeckkörper (5) überdeckt ist, - der Halbleiterchip (3), der Abdeckkörper (5) sowie die reflektierende Vergussmasse (6) an der Trägeroberseite (20) in der Kavität (90) angeordnet sind, - die reflektierende Vergussmasse (6) vom Halbleiterchip (3) bis zu lateralen Begrenzungsflächen (95) der Kavität (90) reicht, - eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Vergussoberseite (60), mit einer Toleranz von höchstens 30 µm, bündig mit einer Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) verläuft, und - die Vergussmasse (6) einen paraboloiden Reflektor ausbildet, wobei eine Dicke der Vergussmasse (6), mit einer Toleranz von 30 µm in eine Richtung weg von dem Halbleiterchip (3) stetig zunimmt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Bonddraht (4) vollständig in die reflektierende Vergussmasse (6) eingebettet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6), von der Trägeroberseite (20) her, bis an die der Trägeroberseite (20) abgewandte Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) reicht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Körperoberseite (50) des Abdeckkörpers (5) mit einer Antihaftschicht (8) versehen ist und die Antihaftschicht (8) nicht benetzend für ein Material der reflektierenden Vergussmasse (6) ist.
Optoelektronische Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 4, bei dem die Antihaftschicht (8) aus einem Polyhalogenolefin besteht, wobei eine Dicke der Antihaftschicht (8) zwischen einschließlich 25 nm und 200 nm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abdeckkörper (5) den Halbleiterchip (2) in einer Richtung parallel zu der Strahlungshauptseite (30) überragt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trägeroberseite (20), in Draufsicht gesehen, vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) zusammen mit dem Abdeckkörper (5) überdeckt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bonddraht (4) in einem elektrischen Anschlussbereich (7a) auf der Strahlungshauptseite (30) an dem Halbleiterchip (2) angebracht ist, wobei der elektrische Anschlussbereich 7a frei von dem Abdeckkörper (5) ist und teilweise oder vollständig von der reflektierenden Vergussmasse (6) bedeckt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 8, bei dem der Bonddraht (4) in dem Anschlussbereich (7a), mit einer Toleranz von höchstens 20°, parallel zu der Strahlungshauptseite (30) verläuft.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abdeckkörper (5) als Plättchen geformt ist, wobei eine Dicke (A) des Abdeckkörpers (5) zwischen einschließlich 50 µm und 250 µm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) ein transparentes Matrixmaterial und darin eingebettete reflektierende Partikel umfasst, wobei das Matrixmaterial bei Raumtemperatur eine Härte von höchstens Shore A 50 aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 11, bei dem ein Partikelmaterial, aus dem die reflektierenden Partikel geformt sind, ein Metalloxid ist, wobei ein Gewichtsanteil der Partikel an der reflektierenden Vergussmasse (6) zwischen einschließlich 10 % und 40 % liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) den Halbleiterchip (3), den Bonddraht (4) sowie den Abdeckkörper (5) formschlüssig und in lateraler Richtung vollständig ringsum umgibt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Vergussmasse (6) dazu eingerichtet ist, die lateralen Begrenzungsflächen (95) der Kavität (90) zu benetzen, wobei eine Dicke (T) der Vergussmasse (6) an der lateralen Begrenzungsfläche (95) um mindestens 50 µm und um höchstens 400 µm größer ist als an dem Halbleiterchip (3).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abdeckkörper (5) auf die Strahlungshauptseite (30) aufgeklebt ist, wobei der Abdeckkörper (5) an der dem Halbleiterchip (3) abgewandten Körperoberseite (50) eine aufgeraute Struktur zur Verbesserung einer Lichtauskopplung aufweist oder mit einer Antireflexbeschichtung versehen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mehrere der optoelektronischen Halbleiterchips (3) umfasst, wobei - erste Abdeckkörper (5a) klarsichtige, transparente Plättchen sind, die eine Dicke aufweisen, dass sie in eine Richtung weg von dem Träger (2) bündig mit zweiten Abdeckkörpern (5b) abschließen, und - die zweiten Abdeckkörper (5b) ein Konversionsmittel beinhalten, das dazu eingerichtet , zumindest einen Teil der von den Halbleiterchips (3) emittierten Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln.