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Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben, bei dem es sich um ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement handeln kann. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um ein Strahlung detektierendes Halbleiterbauelement handelt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen, der beispielsweise dafür geeignet ist, mischfarbige Strahlung mit verschiedenen spektralen Anteilen etwa aus dem sichtbaren bis infraroten Spektralbereich zu emittieren.
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Bei Halbleiterbauelementen, deren Halbleiterchips mittels Drahtkontakten elektrisch verbunden sind, kann das Problem auftreten, dass die Drahtkontakte aufgrund der sogenannten Loop-Höhe aus einem Verguss, in den sie eingebettet sind, hervorstehen. Dies führt beispielsweise zu kosmetischen Defekten und unerwünschten Reflexionen und bringt beim Auflöten der Halbleiterbauelemente die Gefahr von Beschädigungen der Drahtkontakte durch Lot-Spritzer mit sich.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit verbesserten optischen Eigenschaften anzugeben.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip. Beispielsweise umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen Halbleiterkörper und einen elektrischen Anschlussbereich erster Polarität, der auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem elektrischen Anschlussbereich erster Polarität um eine auf den Halbleiterkörper aufgebrachte Metallisierung oder einen metallisierten Bereich. Der elektrische Anschlussbereich erster Polarität kann eine erste Elektrode, etwa eine p- oder n-Elektrode, des optoelektronischen Halbleiterchips bilden. Weiterhin kann der Halbleiterkörper eine aktive Zone aufweisen, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge etwa im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich, zum Beispiel zur Erzeugung von blauem Licht, vorgesehen ist. Alternativ kann die aktive Zone zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge etwa im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich vorgesehen sein.
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Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement einen elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität umfassen, der seitlich des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist. Dabei kann der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität zu dem elektrischen Anschlussbereich erster Polarität seitlich versetzt sein. Der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität kann eine Anschlussfläche aufweisen, die tiefer liegt als eine Anschlussfläche des elektrischen Anschlussbereichs erster Polarität. „Seitlich“ kann im Rahmen der Anmeldung laterale Richtungen bezeichnen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterbauelements verlaufen. „Tiefer liegend“ kann im Rahmen der Anmeldung „vertikal zurückgesetzt“ bedeuten, wobei „vertikal“ eine Richtung bezeichnen kann, die quer, beispielsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterbauelements verläuft. Der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität kann eine erste Elektrode, etwa eine p- oder n-Elektrode des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Beispielsweise ist der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität auf einer Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements von außen elektrisch kontaktierbar. Dabei kann der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität von außen frei zugänglich sein. Bei der Rückseite kann es sich um eine Montageseite des Halbleiterbauelements handeln, die zur Befestigung des Halbleiterbauelements dient.
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Ferner ist es möglich, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement zumindest zwei Verbindungselemente aufweist, die jeweils den elektrischen Anschlussbereich erster Polarität mit dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität elektrisch leitend verbinden. Zum Beispiel weisen die Verbindungselemente jeweils eine gekrümmte Form auf.
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Außerdem kann das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Umhüllung aufweisen, in welche der optoelektronische Halbleiterchip und die zumindest zwei Verbindungselemente eingebettet sind. Vorteilhafterweise ragen die Verbindungselemente auf einer Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements über die Umhüllung nicht hinaus. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine maximale Höhe oder vertikale Ausdehnung der beispielsweise gekrümmten Form der Verbindungselemente reduziert wird. Eine Reduzierung der maximalen Höhe oder Loop-Höhe kann dadurch erzielt werden, dass anstelle eines einzigen Verbindungselements mehrere Verbindungselemente verwendet werden, die jeweils eine geringere Stärke als das einzige Verbindungselement aufweisen, wobei die Höhe typischerweise mit der Stärke korreliert beziehungsweise proportional zu dieser sein kann. Beispielsweise kann die maximale Höhe zwei bis drei Mal größer sein als die Stärke. Unter der „Stärke“ ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung etwa eine maximale Abmessung eines Querschnitts eines Elements zu verstehen. Ferner kann die Höhe oder vertikale Ausdehnung eine Abmessung entlang der vertikalen Richtung bezeichnen. Die Vorderseite kann gegenüber von der Rückseite angeordnet sein.
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Die Umhüllung kann den optoelektronischen Halbleiterchip seitlich umgeben. Weiterhin können die Verbindungselemente vollständig in die Umhüllung eingebettet sein, so dass sie an keiner Stelle aus der Umhüllung herausragen. Vorteilhafterweise können die verschiedenen Komponenten des Halbleiterbauelements, wie der Halbleiterchip und die Verbindungselemente, durch die Umhüllung vor Beschädigungen geschützt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses:
- - einen optoelektronischen Halbleiterchip umfassend
- - einen Halbleiterkörper und
- - einen elektrischen Anschlussbereich erster Polarität, der auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist,
- - einen elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität, der seitlich des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist,
- - zumindest zwei Verbindungselemente, die jeweils den elektrischen Anschlussbereich erster Polarität mit dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität elektrisch leitend verbinden,
- - eine Umhüllung, in welche der optoelektronische Halbleiterchip und die zumindest zwei Verbindungselemente eingebettet sind, wobei
die Verbindungselemente auf einer Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements über die Umhüllung nicht hinausragen.
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Durch die Einbettung der Verbindungselemente in die Umhüllung können kosmetische Defekte und unerwünschte Reflexionen verhindert und damit die optischen Eigenschaften des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbessert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung handelt es sich bei jedem Verbindungselement um einen Bonddraht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weisen die Verbindungselemente jeweils eine Stärke auf, die geringer ist als eine Stärke eines einzigen Verbindungselements, das eine für einen Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips ausreichende Stromtragfähigkeit aufweist, wobei eine Anzahl der Verbindungselemente so gewählt ist, dass insgesamt die Stromtragfähigkeit des einzigen Verbindungselements erzielt wird. Beispielsweise kann das einzige Verbindungselement durch vier Verbindungselemente halber Stärke ersetzt werden. Dabei kann die maximale Höhe ungefähr halbiert werden. Durch die Verringerung der maximalen Höhe kann außerdem eine Bauteilhöhe reduziert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ein redundantes Verbindungelement auf. Dadurch kann der Ausfall eines Verbindungselements kompensiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung können erste Enden der Verbindungselemente auf dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität nebeneinander, etwa in einer Reihe, angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die ersten Enden der Verbindungselemente auf dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität aufeinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass die ersten Enden der Verbindungselemente auf dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität teilweise aufeinander und teilweise nebeneinander angeordnet sind. Die aufeinander gestapelten ersten Enden können beispielsweise aneinandergeschweißt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die aufeinander gestapelten ersten Enden jeweils durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel wie etwa ein Lotmaterial miteinander verbunden sind.
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Beispielsweise kann der elektrische Verbindungsbereich erster Polarität in Draufsicht auf die Vorderseite eine rechteckige Form aufweisen. Typischerweise hängt eine Größe des elektrischen Verbindungsbereichs von der Stärke des Verbindungselements ab. Vorteilhafterweise kann durch eine Verringerung der Stärke der Verbindungselemente die Größe des elektrischen Verbindungsbereichs und damit die Bauteilgröße reduziert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung sind zweite Enden der Verbindungselemente auf dem elektrischen Anschlussbereich erster Polarität nebeneinander angeordnet.
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Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein Teil der zweiten Enden der Verbindungselemente auf dem elektrischen Anschlussbereich erster Polarität übereinander angeordnet ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn durch eine gestapelte Anordnung die Bauteilhöhe nicht vergrößert wird oder auf dem Halbleiterchip nur für ein Verbindungselement Platz ist, aber von dort aus mehrere Anschlüsse gebraucht werden. Beispielsweise kann der elektrische Anschlussbereich erster Polarität in Draufsicht auf die Vorderseite eine rechteckige Form wie etwa eine Streifenform aufweisen. Der elektrische Anschlussbereich erster Polarität kann sich entlang einer Seitenkante des Halbleiterkörpers erstrecken, wobei sich die Seitenkante auf einer dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität zugewandten Seite des optoelektronischen Halbleiterchips befindet. Die zweiten Enden der Verbindungselemente können auf dem elektrischen Anschlussbereich erster Polarität in einer Reihe angeordnet sein.
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Die ersten und zweiten Enden der elektrisch leitenden Verbindungsmittel können beispielsweise mittels Reibschweißens jeweils mit den Anschlussflächen elektrisch leitend verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die ersten und zweiten Enden jeweils durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel wie etwa ein Lotmaterial mit den Anschlussflächen elektrisch leitend verbunden sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist der optoelektronische Halbleiterchip ein Konversionselement auf, das auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Vorderseite des Halbleiterkörpers weist insbesondere zur Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Das Konversionselement ist zur Wellenlängenkonversion der Strahlung vorgesehen, die von dem Halbleiterkörper beziehungsweise der aktiven Zone des Halbleiterkörpers emittiert wird. Dabei kann zumindest ein Teil der Strahlung in Strahlung einer größeren Wellenlänge, beispielsweise gelbes Licht, umgewandelt werden. Somit kann der optoelektronische Halbleiterchip mischfarbige Strahlung, beispielsweise weißes Licht, emittieren.
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Bei dem Konversionselement kann es sich um ein keramisches Plättchen aus Konvertermaterial oder um eine Kunststoffschicht mit eingebetteten Konverterpartikeln handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung ragen die Verbindungselemente an der Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements nicht über das Konversionselement hinaus. Dies hat bei einer Herstellung der Umhüllung etwa mittels Vergießens (sog. Casting-Prozess) oder mittels eines Gussverfahrens wie Spritzgießens (sog. Molding-Prozess) Vorteile. Beispielsweise bedarf es beim Molding-Prozess keines strukturierten Formwerkzeugs, um eventuell hervorstehende Verbindungselemente nicht zu beschädigen. Vielmehr kann ein flaches Formwerkzeug und damit ein einfaches Bauteilkonzept realisiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung ist die Umhüllung auf der Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements stufenfrei, zum Beispiel im Wesentlichen planar, ausgebildet. Dies kann durch die oben erwähnte Verwendung des flachen Formwerkzeugs realisiert werden. Beispielsweise kann die Umhüllung auf der Vorderseite bündig mit dem Konversionselement abschließen. Das Konversionselement kann auf der Vorderseite von der Umhüllung unbedeckt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Konversionselement auf der Vorderseite von der Umhüllung bedeckt ist.
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Durch die Verringerung der maximalen Höhe oder Loop-Höhe der Verbindungselemente kann eine Dicke beziehungsweise vertikale Ausdehnung des Konversionselements reduziert werden, ohne dass die Verbindungselemente auf der Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements über das Konversionselement hinausragen. Vorteilhafterweise können bei einem dünneren Konversionselement eine höhere Konversionseffizienz und optische Leistung und ein höherer Kontrast des Halbleiterbauelements erzielt werden. Insgesamt führen die beschriebenen Maßnahmen wie etwa die Verringerung der maximalen Höhe und Verwendung eines dünneren Konversionselements zu einer Verbesserung der optischen Eigenschaften des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung enthält die Umhüllung ein Vergussmaterial, das heißt ein beispielsweise mittels Vergießens oder eines Gussverfahrens wie Spritzgießen oder Formpressen in eine gewünschte Form gebrachtes Material. Als Vergussmaterial kommt zum Beispiel Silikon in Frage. Beispielsweise kann die Umhüllung ohne zusätzliche Verbindungsmittel an den weiteren Komponenten umfassend den Halbleiterchip und die Verbindungselemente haften. Weiterhin kann die Umhüllung reflektierende Partikel aufweisen, die in das Vergussmaterial eingebettet sind. Geeignete Materialien für die reflektierenden Partikel sind beispielsweise TiO2 und ZrO2. Die Umhüllung weist hierbei reflektierende Eigenschaften auf und kann zum Beispiel für eine zur Vorderseite gerichtete Strahlungsemission sorgen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität. Der elektrische Verbindungsbereich zweiter Polarität kann auf der Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements von außen elektrisch kontaktierbar und dabei von außen frei zugänglich sein. Insbesondere ist der elektrische Verbindungsbereich zweiter Polarität zur weiteren elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehen und bildet eine zweite Elektrode des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist die zweite Polarität von der ersten Polarität verschieden. Der optoelektronische Halbleiterchip kann auf dem elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper des optoelektronischen Halbleiterchips einen ersten und zweiten Halbleiterbereich unterschiedlicher Leitfähigkeit auf, wobei die aktive Zone zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist. Der erste und zweite Halbleiterbereich sowie die aktive Zone können jeweils aus einer oder mehreren Halbleiterschichten gebildet sein. Bei den Halbleiterschichten kann es sich um epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichten handeln. Das Aufwachssubstrat kann im Halbleiterchip verbleiben oder zumindest teilweise abgelöst werden. Der erste Halbleiterbereich kann auf einer dem elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität zugewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein. Der zweite Halbleiterbereich kann auf einer von dem elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein. Zum Beispiel weist der erste Halbleiterbereich eine p-Leitfähigkeit auf, während der zweite Halbleiterbereich eine n-Leitfähigkeit aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Halbleiterbereich eine n-Leitfähigkeit und der zweite Halbleiterbereich eine p-Leitfähigkeit aufweist.
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Beispielsweise kann der elektrische Anschlussbereich erster Polarität mit dem ersten Halbleiterbreich elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann der zweite Halbleiterbereich mit einem elektrischen Anschlussbereich oder einer elektrischen Anschlussstruktur zweiter Polarität des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise kann die elektrische Anschlussstruktur zweiter Polarität Durchkontaktierungen aufweisen, die sich von einer dem elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität zugewandten Seite des ersten Halbleiterbereichs durch diesen und die aktive Zone hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich erstrecken. Beispielsweise ist der elektrische Anschlussbereich oder die elektrische Anschlussstruktur zweiter Polarität mit dem elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität elektrisch leitend verbunden.
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Für die Halbleiterbereiche beziehungsweise Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers kommen beispielsweise auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten AlnGamIn1-n-mAs, AlnGamIn1-n-mP oder AlnGamIn1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 gilt. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mAs-, AlnGamIn1-n-mP- oder AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As bzw. P bzw. N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen weiteren Halbleiterchip auf. Bei dem weiteren Halbleiterchip kann es sich um einen ESD-Chip (Electrostatic Discharge Chip) zum Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips vor Überspannungen oder einen IC-Chip (Integrated Circuit Chip) zur Steuerung des optoelektronischen Halbleiterchips handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement zusätzlich zu dem für den optoelektronischen Halbleiterchip vorgesehenen elektrischen Verbindungsbereich zweiter Polarität einen weiteren Verbindungsbereich zweiter Polarität, auf dem der weitere Halbleiterchip angeordnet ist. Der weitere Halbleiterchip kann mittels eines Verbindungselements mit dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität elektrisch verbunden sein.
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Alternativ kann sich der weitere Halbleiterchip auf dem elektrischen Verbindungsbereich erster Polarität, auf dem auch die ersten Enden der Verbindungselemente angeordnet sind, befinden. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung des Halbleiterbauelements.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung handelt es sich bei den elektrischen Verbindungsbereichen um metallische oder metallisierte Bereiche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Gehäuserahmen auf, in den die elektrischen Verbindungsbereiche eingebettet sind. Der Gehäuserahmen kann eine Kavität aufweisen, in welcher der optoelektronische Halbleiterchip und die weiteren oben genannten Komponenten angeordnet sind und die von der Umhüllung ausgefüllt ist.
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Alternativ ist es möglich, dass die elektrischen Verbindungsbereiche in die Umhüllung eingebettet sind. Dabei kann ein Gehäuse des optoelektronischen Halbleiterbauelements aus der Umhüllung bestehen.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement eignet sich besonders für Anzeigevorrichtungen wie Anzeigetafeln, Symbole und Displays sowie für Beleuchtungs- und Projektionsvorrichtungen und kann zum Beispiel in Fahrzeug-, Consumer- und Industrieapplikationen Verwendung finden.
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Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1A eine schematische Seitenansicht und 1B eine Aufnahme einer Vorderseite eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Vergleichsbeispielen,
- 2 eine schematische Draufsicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten oder einem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 5) und 2A eine schematische Draufsicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß den Vergleichsbeispielen,
- 3A und 3B jeweils Aufnahmen eines Ausschnitts einer Vorderseite eines Verbunds gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Zwischenstadium eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4A bis 4C jeweils Aufnahmen einer Vorderseite eines Verbunds gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Zwischenstadium eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel und 4D eine Aufnahme einer Seitenansicht des Verbunds,
- 5 eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 5A eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Anhand der 1 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 beschrieben, bei dem es sich beispielsweise um ein Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement handelt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 kann dergestalt sein, dass im Betrieb ein Hauptanteil der Strahlung auf einer Vorderseite 100A des Halbleiterbauelements 100 emittiert wird. Eine der Vorderseite 100A gegenüberliegende Rückseite 100B des Halbleiterbauelements 100 kann zur Montage des Halbleiterbauelements 100 beispielsweise auf einem Anschlussträger, etwa einer Leiterplatte, vorgesehen sein.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 10, der einen Halbleiterkörper 1 und einen Anschlussbereich 5 erster Polarität aufweist, wobei der Anschlussbereich 5 erster Polarität auf dem Halbleiterkörper 1 angeordnet ist. Der elektrische Anschlussbereich 5 erster Polarität bildet eine erste Elektrode, etwa eine p- oder n-Elektrode, des optoelektronischen Halbleiterchips 10. Der Anschlussbereich 5 kann sich außermittig an einem Seitenrand des Halbleiterchips 10 befinden. Zum Beispiel weist der Anschlussbereich 5 erster Polarität in Draufsicht auf die Vorderseite 100A eine rechteckige, langgestreckte Form, etwa eine Streifenform, auf und erstreckt sich entlang einer Seitenkante 1B des Halbleiterkörpers 1 (vgl. 2). Der Anschlussbereich 5 und die Seitenkante 1B können entlang einer zweiten lateralen Richtung L2 ausgerichtet sein.
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Der Halbleiterkörper 1 kann wie oben erwähnt einen ersten Halbleiterbereich 2 und einen zweiten Halbleiterbereich 4 unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweisen, wobei eine aktive Zone 3 zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 2, 4 angeordnet sein kann. Zum Beispiel weist der erste Halbleiterbereich 2 eine p-Leitfähigkeit auf, während der zweite Halbleiterbereich 4 eine n-Leitfähigkeit aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Halbleiterbereich 2 eine n-Leitfähigkeit und der zweite Halbleiterbereich 4 eine p-Leitfähigkeit aufweist. Die aktive Zone 3 ist beispielsweise zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge etwa im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich, zum Beispiel zur Erzeugung von blauem Licht, vorgesehen. Wie weiter oben erwähnt, kommen für die Halbleiterbereiche 2, 3, 4 beziehungsweise den Halbleiterkörper 1 beispielsweise auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht.
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Der elektrische Anschlussbereich 5 erster Polarität ist insbesondere mit dem ersten Halbleiterbreich 2 elektrisch leitend verbunden. Ferner kann der zweite Halbleiterbereich 4 mit einer elektrischen Anschlussstruktur 6 zweiter Polarität des Halbleiterchips 10 elektrisch leitend verbunden sein. Die elektrische Anschlussstruktur 6 kann Durchkontaktierungen 6A aufweisen, die sich durch den ersten Halbleiterbereich 2 und die aktive Zone 3 hindurch bis in den zweiten Halbleiterbereich 4 erstrecken. Beispielsweise kann der zweite Halbleiterbereich 4 auf einer der Vorderseite 100A zugewandten Seite der aktiven Zone 3 und der erste Halbleiterbereich 2 auf einer von der Vorderseite 100A abgewandten Seite der aktiven Zone 3 angeordnet sein.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 10 kann ein Konversionselement 7 aufweisen, das auf einer Vorderseite 1A des Halbleiterkörpers 1 angeordnet ist. Wie weiter oben erwähnt, ist das Konversionselement 7 zur Wellenlängenkonversion der Strahlung vorgesehen, die von dem Halbleiterkörper 1 beziehungsweise der aktiven Zone 3 emittiert wird. Dabei kann zumindest ein Teil der Strahlung in Strahlung einer größeren Wellenlänge, beispielsweise gelbes Licht, umgewandelt werden. Somit kann der optoelektronische Halbleiterchip 10 beziehungsweise das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 im Betrieb mischfarbige Strahlung, beispielsweise weißes Licht, emittieren. Bei dem Konversionselement 7 kann es sich um ein keramisches Plättchen aus Konvertermaterial oder um eine Kunststoffschicht mit eingebetteten Konverterpartikeln handeln.
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Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 einen elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität, der seitlich des optoelektronischen Halbleiterchips 10 angeordnet ist, so dass der elektrische Verbindungsbereich 11 in einer ersten lateralen Richtung L1 auf den optoelektronischen Halbleiterchip 10 folgt. Dabei ist der elektrische Verbindungsbereich 11 erster Polarität zu dem elektrischen Anschlussbereich 5 erster Polarität seitlich versetzt und folgt auf diesen in der ersten lateralen Richtung L1. Insbesondere ragt der elektrische Verbindungsbereich 11 in quer, etwa senkrecht zur ersten lateralen Richtung L1 verlaufenden lateralen Richtungen umfassend die zweite laterale Richtung L2 (vgl. 2) nicht über den Halbleiterchip 10 hinaus. Die lateralen Richtungen umfassend die erste und zweite laterale Richtung L1, L2 können parallel zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 verlaufen.
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Der elektrische Verbindungsbereich 11 erster Polarität weist zum Beispiel in Draufsicht auf die Vorderseite 100A eine rechteckige Form auf. Dabei kann eine Größe des elektrischen Verbindungsbereichs 11 durch eine erste laterale Ausdehnung a1 entlang der ersten lateralen Richtung L1 und durch eine zweite laterale Ausdehnung b1 entlang der zweiten lateralen Richtung L2 bestimmt werden.
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Der elektrische Verbindungsbereich 11 erster Polarität bildet eine erste Elektrode, etwa eine p- oder n-Elektrode des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100. Der elektrische Verbindungsbereich 11 erster Polarität ist auf der Rückseite 100B des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 von außen frei zugänglich und elektrisch kontaktierbar.
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Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 als elektrische Brücke zwischen dem elektrischen Anschlussbereich 5 erster Polarität und dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität mehrere Verbindungselemente 12, die jeweils den elektrischen Anschlussbereich 5 erster Polarität mit dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität elektrisch leitend verbinden (vgl. 2). Zum Beispiel weisen die Verbindungselemente 12 jeweils eine gekrümmte Form auf. Bei den Verbindungselementen 12 kann es sich um Bonddrähte handeln. Erste Enden 12A der Verbindungselemente 12 sind jeweils auf einer Anschlussfläche 11A des Verbindungsbereichs 11 erster Polarität angeordnet. Zweite Enden 12B der Verbindungselemente 12 sind jeweils auf einer Anschlussfläche 5A des Anschlussbereichs 5 erster Polarität angeordnet. Die Anschlussfläche 11A des Verbindungsbereichs 11 liegt dabei tiefer als die Anschlussfläche 5A des Anschlussbereichs 5 beziehungsweise ist in vertikaler Richtung V zurückgesetzt.
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Wie in den 2, 3A und 3B dargestellt, können die ersten Enden 12A der Verbindungselemente 12 auf dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität aufeinander angeordnet sein. Dabei sind die ersten Enden 12A beispielsweise aneinandergeschweißt oder jeweils durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel wie etwa ein Lotmaterial miteinander verbunden.
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Wie in den 4A bis 4D dargestellt, ist es jedoch auch möglich, dass die ersten Enden 12A der Verbindungselemente 12 auf dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität nebeneinander, etwa in einer Reihe, angeordnet sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass die ersten Enden 12A auf dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität teilweise aufeinander und teilweise nebeneinander angeordnet sind (nicht dargestellt).
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Die zweiten Enden 12B können auf dem elektrischen Anschlussbereich 5 erster Polarität nebeneinander angeordnet sein (vgl. 2 bis 4). Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein Teil der zweiten Enden 12B übereinander angeordnet ist, wenn beispielsweise durch eine gestapelte Anordnung eine Bauteilhöhe d des Halbleiterbauelements 100 nicht vergrößert wird oder auf dem Halbleiterchip 10 nur für ein Verbindungselement 12 Platz ist, aber von dort aus mehrere Anschlüsse gebraucht werden.
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Die ersten Enden 12A der elektrisch leitenden Verbindungsmittel 12 können zum Beispiel durch Reibschweißen oder durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel 19 wie etwa ein Lotmaterial mit der Anschlussfläche 11A elektrisch leitend verbunden sein. Weiterhin können die zweiten Enden 12B der elektrisch leitenden Verbindungsmittel 12 durch Reibschweißen oder durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel 20 wie etwa ein Lotmaterial mit der Anschlussfläche 5A elektrisch leitend verbunden sein.
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Außerdem weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 eine Umhüllung 13 auf, in welche der optoelektronische Halbleiterchip 10 und die Verbindungselemente 12 eingebettet sind. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 ist von der Umhüllung 13 seitlich umschlossen. Die Umhüllung 13 schließt auf der Vorderseite 100A bündig mit dem Konversionselement 7 ab. Ferner sind die Verbindungselemente 12 vollständig in die Umhüllung 13 eingebettet, so dass sie an keiner Stelle aus der Umhüllung 13 herausragen. Insbesondere ragen die Verbindungselemente 12 auf der Vorderseite 100A des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 nicht über die Umhüllung 13 hinaus. Zugleich ist die Umhüllung 13 auf der Vorderseite 100A stufenfrei und im Wesentlichen, das heißt im Rahmen üblicher Herstellungstoleranzen, planar ausgebildet.
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Im Unterschied dazu weist die Umhüllung 13 bei dem in 1A dargestellten Vergleichsbeispiel im Bereich des einzigen Verbindungselements 12 einen stufenförmigen Verlauf auf. Bei dem Vergleichsbeispiel weist das einzige Verbindungselement 12 zur Gewährleistung einer zum Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 ausreichenden Stromtragfähigkeit eine Stärke s2, die beispielsweise 38 µm beträgt, und eine damit korrelierende Loop-Höhe h2 auf, die 2,5 × s2 und damit 95 µm betragen kann. Bei einer derartigen Loop-Höhe h2 ragt das Verbindungselement 12 über eine Vorderseite 10A des Halbleiterchips 10 und eine mit der Vorderseite 10A bündig abschließende Schicht der Umhüllung 13 hinaus (vgl. 1B). Um daraus entstehende Nachteile für die optischen Eigenschaften zu vermeiden, besteht ein Ansatz darin, das einzige Verbindungselement 12 in einem zusätzlichen Verfahrensschritt, der mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden ist, in eine weitere Schicht der Umhüllung 13 einzubetten (vgl. 1A).
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Vorliegend wird nun ein anderer Ansatz gewählt, der darin besteht, eine maximale Höhe h1 der beispielsweise gekrümmten Form der Verbindungselemente 12 zu reduzieren, indem deren Stärke s1 verringert wird. Beispielsweise können die Verbindungselemente 12 jeweils eine Stärke s1 aufweisen, die etwa der Hälfte der Stärke s2 des einzigen Verbindungselements 12 entspricht und beispielsweise 18 µm beträgt. Daraus ergibt sich eine maximale Höhe h1 von beispielsweise 2,5 × s1 = 45 µm. Die Anzahl der Verbindungselemente 12 ist dabei so gewählt, dass insgesamt die Stromtragfähigkeit des einzigen Verbindungselements 12 erzielt wird. Beispielsweise kann das einzige Verbindungselement 12 durch vier Verbindungselemente 12 halber Stärke ersetzt werden (vgl. 2 und 2A). Zusätzlich kann das Halbleiterbauelement 100 ein redundantes Verbindungsmittel 12 aufweisen, so dass der Ausfall eines Verbindungselements 12 kompensiert werden kann.
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Die Verringerung der maximalen Höhe h1 um beispielsweise 50 µm hat verschiedene Vorteile. Zum einen kann die Bauteilhöhe d des Halbleiterbauelements 100 reduziert werden. Zum anderen wird eine Herstellung der Umhüllung 13 etwa mittels Vergießens (sog. Casting-Prozess) oder mittels eines Gussverfahrens wie etwa Spritzgießen (sog. Molding-Prozess) oder Formpressen (sog. Compression-Molding-Prozess) erleichtert. Beispielsweise bedarf es beim Spritzgießen keines strukturierten Formwerkzeugs, um eventuell hervorstehende Verbindungselemente nicht zu beschädigen. Vielmehr kann ein flaches Formwerkzeug und damit ein einfaches Bauteilkonzept realisiert werden. Darüber hinaus kann das Konversionselement 7 relativ dünn, beispielsweise mit einer Dicke t < 40 µm, ausgebildet werden, ohne dass die Verbindungselemente 12 auf der Vorderseite 100A über das Konversionselement 7 hinausragen. Dies führt vorteilhafterweise zu einer höheren Konversionseffizienz und optischen Leistung und einem höheren Kontrast des Halbleiterbauelements 100.
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Ferner hängt typischerweise eine Größe der Anschlussfläche 11A und damit eine Größe des elektrischen Verbindungsbereichs 11 erster Polarität von der Stärke s2, s1 des Verbindungselements 12 ab. Der elektrische Verbindungsbereich 11 sollte eine Größe beziehungsweise laterale Ausdehnungen a1, a2, b1, b2 von jeweils 2,5-mal der Stärke haben, so dass sich bei einer Stärke s2 von 38 µm laterale Ausdehnungen a2, b2 von 95 µm ergeben, während sich bei einer Stärke s1 laterale Ausdehnungen a1, b1 von 45 µm ergeben, so dass eine Reduzierung von 50 µm erreicht werden kann (vgl. 2 und 2A). Damit kann die Größe des Halbleiterbauelements 100, beispielsweise durch eine Verringerung der ersten lateralen Ausdehnung a1, von 1,1 mm × 1,25 mm auf 1,1 mm × 1,2 mm verkleinert werden. Dies kann zu einer Kostenersparnis von etwa 4% führen.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Gehäuse des Halbleiterbauelements 100 durch die Umhüllung 13 gebildet. Die verschiedenen Komponenten des Halbleiterbauelements 100, wie der Halbleiterchip 10 und die Verbindungselemente 12, können durch die Umhüllung 13 vor Beschädigungen geschützt werden. Ferner sind der elektrische Verbindungsbereich 11 sowie weitere Verbindungsbereiche 14, 15 in die Umhüllung 13 eingebettet.
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Beispielsweise enthält die Umhüllung 13 ein Vergussmaterial, das zum Beispiel mittels eines wie oben erwähnten Herstellungsverfahrens in eine gewünschte Form gebracht und an die weiteren Komponenten des Halbleiterbauelements 100 umfassend den Halbleiterchip 10 und die Verbindungselemente 12 angeformt wird, so dass diese von der Umhüllung 13 konform bedeckt werden. Als Vergussmaterial kommt zum Beispiel Silikon in Frage. Weiterhin kann die Umhüllung 13 reflektierende Partikel aufweisen, die in das Vergussmaterial eingebettet sind. Wie weiter oben erwähnt, kommen für die reflektierenden Partikel beispielsweise TiO2 und ZrO2 in Frage. Die Umhüllung 13 weist hierbei reflektierende Eigenschaften auf und kann zum Beispiel für eine zur Vorderseite 100A gerichtete Strahlungsemission sorgen.
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Ferner kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 einen elektrischen Verbindungsbereich 14 zweiter Polarität aufweisen, auf dem der Halbleiterchip 10 angeordnet ist und der mittels der Anschlussstruktur 6 zweiter Polarität mit dem zweiten Halbleiterbereich 4 elektrisch leitend verbunden ist. Der elektrische Verbindungsbereich 14 zweiter Polarität ist zum Beispiel auf der Rückseite 100B des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 von außen elektrisch kontaktierbar und frei zugänglich. Insbesondere ist der elektrische Verbindungsbereich 14 zweiter Polarität eine zweite Elektrode des optoelektronischen Halbleiterbauelements 100.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 kann zusätzlich zu dem elektrischen Verbindungsbereich 14 zweiter Polarität einen weiteren Verbindungsbereich 15 zweiter Polarität umfassen, auf dem ein weiterer Halbleiterchip 16 angeordnet ist, bei dem es sich wie oben erwähnt um einen ESD-Chip oder einen IC-Chip handeln kann (vgl. 2). Der weitere Halbleiterchip 16 kann mittels eines Verbindungselements 17 mit dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität elektrisch verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der weitere Halbleiterchip 16 auf dem elektrischen Verbindungsbereich 11 erster Polarität aufgebracht ist, auf dem auch die ersten Enden 12A der Verbindungselemente 12 angeordnet sind (nicht dargestellt). Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung des Halbleiterbauelements 100.
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Bei dem elektrischen Anschlussbereich 5 und den elektrischen Verbindungsbereichen 11, 14, 15 handelt es sich zum Beispiel um metallische oder metallisierte Bereiche.
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Anhand der 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 beschrieben.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement 100 weist einen Gehäuserahmen 18 mit einer Kavität 18A auf, in welcher der optoelektronische Halbleiterchip 10 und die Verbindungselemente 12 sowie der weitere Halbleiterchip 16, soweit vorhanden, angeordnet sind. Die Kavität 18A ist von der Umhüllung 13, in welche die Komponenten umfassend den optoelektronischen Halbleiterchip 10 und die Verbindungselemente 12 sowie den weiteren Halbleiterchip 16, soweit vorhanden, eingebettet sind, ausgefüllt. Der Gehäuserahmen 18 kann aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Die elektrischen Verbindungsbereiche 11, 14, 15 (soweit vorhanden) sind in den Gehäuserahmen 18 eingebettet.
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Darüber hinaus kann das Halbleiterbauelement 100 sämtliche in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel genannte Merkmale und Vorteile aufweisen.
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Insbesondere ragen die Verbindungselemente 12 auf der Vorderseite 100A aufgrund ihrer maximalen Höhe h1, die gegenüber der Loop-Höhe h2 des einzigen Verbindungselements 12 gemäß dem Vergleichsbeispiel (vgl. 5A) reduziert ist, nicht über die Umhüllung 13 hinaus, so dass das in 5 dargestellte Halbleiterbauelement 100 verbesserte optische Eigenschaften und darüber hinaus eine verringerte Bauteilgröße aufweist.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleiterkörper
- 1A
- Vorderseite
- 1B
- Seitenkante
- 2
- erster Halbleiterbereich
- 3
- aktive Zone
- 4
- zweiter Halbleiterbereich
- 5
- Anschlussbereich erster Polarität
- 5A
- Anschlussfläche
- 6
- Anschlussstruktur zweiter Polarität
- 6A
- Durchkontaktierung
- 7
- Konversionselement
- 10
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 10A
- Vorderseite
- 11
- elektrischer Verbindungsbereich erster Polarität
- 11A
- Anschlussfläche
- 12
- Verbindungselement
- 12A
- erstes Ende
- 12B
- zweites Ende
- 13
- Umhüllung
- 14
- elektrischer Verbindungsbereich zweiter Polarität
- 15
- elektrischer Verbindungsbereich zweiter Polarität
- 16
- weiterer Halbleiterchip
- 17
- Verbindungsmittel
- 18
- Gehäuserahmen
- 18A
- Kavität
- 19, 20
- Verbindungsmittel
- 100
- optoelektronisches Halbleiterbauelement
- 100A
- Vorderseite
- 100B
- Rückseite
- a1, a2
- erste laterale Ausdehnung
- b1, b2
- zweite laterale Ausdehnung
- h1, h2
- maximale Höhe, Loop-Höhe, vertikale Ausdehnung
- d
- Bauteilhöhe
- s1, s2
- Stärke
- t
- Dicke
- L1
- erste laterale Richtung
- L2
- zweite laterale Richtung
- V
- vertikale Richtung