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技術 発光半導体部品および発光半導体部品の製造方法

出願人 オスラムオプトセミコンダクターズゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 シュヴァルツトーマスイレックシュテファン
出願日 2013年2月28日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2015-502171
公開日 2015年4月30日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2015-513226
状態 拒絶査定
技術分野 LED素子のパッケージ 半導体または固体装置の冷却等 LED素子(パッケージ以外)
主要キーワード 電気接続要素 キャリアボディ 実装層 電気ビア ウェハアセンブリ 電気接続層 セラミックキャリア 延在面
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この項目の情報は公開日時点(2015年4月30日)のものです。
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課題・解決手段

本発明は、半導体積層体17と、光取り出し面11と、光取り出し面11とは反対側に位置する裏面12と、側面13と、を有する発光半導体チップ1と、側面13を直接的かつ形状固定状態に覆っている成形体20を有する支持体2と、を備えており、裏面12に2つの電気接触層14と熱接触層15とが形成されている、発光半導体部品100,200,300に関する。熱接触層15は、電気接触層14および半導体積層体17から電気的に絶縁されており、支持体2は、裏面12に、電気接触層14に直接接触している電気接続要素24と、熱接触層15に直接接触している熱結合要素25とを有し、熱結合要素25は、少なくとも一部分が、半導体チップ1とは反対側の半導体部品100,200,300のアセンブリ面22を形成している。さらに、本発明は、半導体部品を製造する方法に関する。

概要

背景

電気接続部すべてが主面に配置されており、これらの電気接続部によって半導体チップそれぞれがキャリア上に実装される発光半導体チップが公知である。このような半導体チップは、いわゆる「フリップチップ」とも称され、その利点として、電気的接続のために例えば追加の電気コンタクト(例えばボンディングワイヤの形における電気コンタクト)がもはや必要ない。

フリップチップは、一般にはその電気接続部のみによってキャリアの上に実装されるため、動作時に半導体チップからの熱を効率的に放散させるという問題が生じる。

フリップチップを例えばセラミック基板の上に実装することが知られており、この場合、電気接続部はセラミック基板の対応する導体トラックの上に配置され、そこに接続される。セラミック基板の利点は、電気的絶縁性であり、熱伝導性が高いことと、熱膨張係数を、半導体チップの熱膨張係数に近い値に選択できることである。半導体チップをセラミック基板の導体トラックに接続する目的には、さまざまな可能な方法として、例えば、はんだ付けゴールドオンゴールド超音波接合(gold-on-gold ultrasonic bonding)、接着接合低温での焼結LTS:「低温焼結」)が適切である。しかしながら、これに対する欠点として、コストが高いこと(特に、大きな領域のセラミック基板の場合)と、実装された半導体チップとセラミック基板とが上に実装されるさらなるヒートシンク、いわゆる第2レベルヒートシンク(例えば金属コア回路基板)に熱膨張係数を適合させることが難しいことが挙げられる。

さらには、いわゆるQFN設計(QFN:「クワッドフラットノーリード(quad flat no leads)」)のハウジングが公知であり、これは、プラスチックハウジング内にリードフレーム部を有し、リードフレーム上に例えばフリップチップを実装することができる。この場合、可能な接続方法として、セラミック基板の場合に説明した方法を使用できるが、QFNハウジングはセラミック基板よりも熱伝導が良好であり、費用効率もセラミック基板より高い。さらには、第2レベルヒートシンクに対する熱膨張係数の適合化が、セラミック基板の場合よりも良好である。しかしながら、QFNハウジングに関する欠点として、ハウジングの熱膨張係数が半導体チップの熱膨張係数から大きく逸脱し、このことが信頼性の問題につながりうる。さらに、QFNハウジングの場合に達成可能な最小形状サイズは、リードフレームの最小エッチング幅によって制限され、例えば200μmの厚さのリードフレームの場合に100μm以上である。

QFNハウジングでは電気的絶縁性の実装面を得る目的で、例えばダイヤモンドライクカーボン(DLC)やポリイミドから構成される誘電体層を追加的に形成しなければならず、例えばはんだ付けによってQFNハウジングを実装できるようにするためには、誘電体層を、例えばさらなる金属層によって覆わなければならない。結果として、QFNハウジングの下面の電気的絶縁を達成できるが、この絶縁に適する材料はコストが高く、熱導電率が低いことも多い。

プロセス工学の観点における工程を増やすことで、半導体チップの側の面における適切な電気的絶縁を有するQFNハウジングを実施することも可能である。

概要

本発明は、半導体積層体17と、光取り出し面11と、光取り出し面11とは反対側に位置する裏面12と、側面13と、を有する発光半導体チップ1と、側面13を直接的かつ形状固定状態に覆っている成形体20を有する支持体2と、を備えており、裏面12に2つの電気接触層14と熱接触層15とが形成されている、発光半導体部品100,200,300に関する。熱接触層15は、電気接触層14および半導体積層体17から電気的に絶縁されており、支持体2は、裏面12に、電気接触層14に直接接触している電気接続要素24と、熱接触層15に直接接触している熱結合要素25とを有し、熱結合要素25は、少なくとも一部分が、半導体チップ1とは反対側の半導体部品100,200,300のアセンブリ面22を形成している。さらに、本発明は、半導体部品を製造する方法に関する。

目的

国際公開第2011/015449号






特定の実施形態の少なくとも1つの目的は、発光半導体部品を開示することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

発光半導体部品(100,200,300)であって、半導体積層体(17)と、光取り出し面(11)と、前記光取り出し面(11)とは反対側に位置する裏側面(12)と、前記光取り出し面(11)と前記裏側面(12)とを結合している側面(13)と、を有する少なくとも1つの発光半導体チップ(1)と、前記半導体チップ(1)の前記側面(13)を直接的かつ形状固定状態に覆っている成形体(20)を有するキャリアボディ(2)と、を備えており、前記半導体チップ(1)の前記裏側面(12)に、2つの電気接触層(14)と熱接触層(15)とが形成されており、前記熱接触層(15)が、前記電気接触層(14)および前記半導体積層体(17)から電気的に絶縁されており、前記キャリアボディ(2)が、前記半導体チップ(1)の前記裏側面に、前記半導体チップ(1)の前記電気接触層(14)に直接接触している電気接続要素(24)と、前記半導体チップ(1)の前記熱接触層(15)に直接接触している熱結合要素(25)とを有し、前記熱結合要素(25)の少なくとも一部分が、前記半導体チップ(1)とは反対側の前記半導体部品(100,200,300)の実装面(22)を形成している、発光半導体部品(100,200,300)。

請求項2

前記成形体(20)が前記光取り出し面(11)を覆っていない、請求項1に記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項3

前記成形体(20)の上面が前記光取り出し面(11)と同じ高さである、請求項1または請求項2に記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項4

前記光取り出し面(11)に波長変換要素(3)が配置されている、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項5

前記キャリアボディ(2)が、前記電気接続要素(24)と前記熱結合要素(25)との間に電気的絶縁材料(26)を有する、請求項1から請求項4のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項6

前記電気接続要素(24)が前記キャリアボディ(2)の内部に配置されている、請求項1から請求項5のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項7

前記電気接続要素(24)が、部分的に前記成形体(20)の上に形成されている、請求項1から請求項6のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項8

前記熱結合要素(25)が、横方向において前記電気接続要素(24)より突き出している、請求項1から請求項7のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項9

前記電気接続要素(24)および前記熱結合要素(25)が、電気めっき法によって前記半導体チップ(1)の上に形成されている、請求項1から請求項8のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項10

前記成形体(20)が、電気接続要素(24)に電気的に接続されている少なくとも1つの電気ビア(27)を有する、請求項1から請求項9のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項11

前記熱結合要素(25)が、前記半導体部品(100,200,300)の前記実装面(22)全体を形成している、請求項10に記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項12

前記半導体チップ(1)が、前記半導体積層体(17)と前記熱接触層(15)との間に電気的絶縁層(18)を有する、請求項1から請求項11のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項13

前記熱接触層(15)が、前記半導体チップ(1)の前記裏側面(12)において前記電気接触層(14)よりも大きい領域を占有している、請求項1から請求項12のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項14

前記成形体(20)の中に、複数の発光半導体チップ(1)が横方向に互いに並んで配置されており、前記キャリアボディ(2)が連続的な前記熱結合要素(25)を有し、前記熱結合要素(25)に前記半導体チップ(1)の前記熱接触層(15)が直接接触している、請求項1から請求項13のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)。

請求項15

請求項1から請求項14のいずれかに記載の発光半導体部品(100,200,300)を製造する方法であって、A)半導体積層体(17)を有し、光取り出し面(11)を有し、前記光取り出し面(11)とは反対側に位置する裏側面(12)を有し、前記光取り出し面(11)と前記裏側面(12)とを結合する側面(13)を有する、発光半導体チップ(1)、を形成するステップであって、前記半導体チップ(1)の前記裏側面(12)に、2つの電気接触層(14)と熱接触層(15)とが配置され、前記熱接触層(15)が、前記電気接触層(14)および前記半導体積層体(17)から電気的に絶縁される、ステップと、B)前記半導体チップ(1)のキャリアボディ(2)を形成するステップであって、B1)前記半導体チップ(1)の周囲に成形体(20)を成形するサブステップであって、前記成形体が、前記半導体チップ(1)の前記側面(13)を、直接的かつ形状固定状態に覆う、サブステップと、B2)前記半導体チップ(1)の前記電気接触層(14)に直接接触する電気接続要素(24)と、前記半導体チップ(1)の前記熱接触層(15)に直接接触する熱結合要素(25)とを、電気めっき法によって形成するサブステップであって、前記熱結合要素(25)が、前記半導体チップ(1)とは反対側の前記半導体部品(100,200,300)の実装面(22)を形成するような厚さで形成される、サブステップと、を含む、ステップと、を含んでいる、方法。

技術分野

0001

発光半導体部品および発光半導体部品を製造する方法を開示する。

背景技術

0002

電気接続部すべてが主面に配置されており、これらの電気接続部によって半導体チップそれぞれがキャリア上に実装される発光半導体チップが公知である。このような半導体チップは、いわゆる「フリップチップ」とも称され、その利点として、電気的接続のために例えば追加の電気コンタクト(例えばボンディングワイヤの形における電気コンタクト)がもはや必要ない。

0003

フリップチップは、一般にはその電気接続部のみによってキャリアの上に実装されるため、動作時に半導体チップからの熱を効率的に放散させるという問題が生じる。

0004

フリップチップを例えばセラミック基板の上に実装することが知られており、この場合、電気接続部はセラミック基板の対応する導体トラックの上に配置され、そこに接続される。セラミック基板の利点は、電気的絶縁性であり、熱伝導性が高いことと、熱膨張係数を、半導体チップの熱膨張係数に近い値に選択できることである。半導体チップをセラミック基板の導体トラックに接続する目的には、さまざまな可能な方法として、例えば、はんだ付けゴールドオンゴールド超音波接合(gold-on-gold ultrasonic bonding)、接着接合低温での焼結LTS:「低温焼結」)が適切である。しかしながら、これに対する欠点として、コストが高いこと(特に、大きな領域のセラミック基板の場合)と、実装された半導体チップとセラミック基板とが上に実装されるさらなるヒートシンク、いわゆる第2レベルヒートシンク(例えば金属コア回路基板)に熱膨張係数を適合させることが難しいことが挙げられる。

0005

さらには、いわゆるQFN設計(QFN:「クワッドフラットノーリード(quad flat no leads)」)のハウジングが公知であり、これは、プラスチックハウジング内にリードフレーム部を有し、リードフレーム上に例えばフリップチップを実装することができる。この場合、可能な接続方法として、セラミック基板の場合に説明した方法を使用できるが、QFNハウジングはセラミック基板よりも熱伝導が良好であり、費用効率もセラミック基板より高い。さらには、第2レベルヒートシンクに対する熱膨張係数の適合化が、セラミック基板の場合よりも良好である。しかしながら、QFNハウジングに関する欠点として、ハウジングの熱膨張係数が半導体チップの熱膨張係数から大きく逸脱し、このことが信頼性の問題につながりうる。さらに、QFNハウジングの場合に達成可能な最小形状サイズは、リードフレームの最小エッチング幅によって制限され、例えば200μmの厚さのリードフレームの場合に100μm以上である。

0006

QFNハウジングでは電気的絶縁性の実装面を得る目的で、例えばダイヤモンドライクカーボン(DLC)やポリイミドから構成される誘電体層を追加的に形成しなければならず、例えばはんだ付けによってQFNハウジングを実装できるようにするためには、誘電体層を、例えばさらなる金属層によって覆わなければならない。結果として、QFNハウジングの下面の電気的絶縁を達成できるが、この絶縁に適する材料はコストが高く、熱導電率が低いことも多い。

0007

プロセス工学の観点における工程を増やすことで、半導体チップの側の面における適切な電気的絶縁を有するQFNハウジングを実施することも可能である。

先行技術

0008

国際公開第2011/015449号

発明が解決しようとする課題

0009

特定の実施形態の少なくとも1つの目的は、発光半導体部品を開示することである。特定の実施形態の少なくとも1つのさらなる目的は、発光半導体部品を製造する方法を開示することである。

課題を解決するための手段

0010

これらの目的は、独立請求項による部品および方法によって達成される。本部品および本方法の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に記載されており、さらには以下の説明および図面からも明らかである。

0011

少なくとも一実施形態によると、発光半導体部品は発光半導体チップを備えており、この発光半導体チップは、光を生成するための活性領域を有する半導体積層体を有する。特に好ましくは、半導体積層体は、エピタキシ法によって、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)または分子線エピタキシ(MBE)によって、成長基板の上に成長させることができる。結果として、半導体積層体は、成長方向によって与えられる配置方向に沿って互いに上下に配置された複数の半導体層を有する。半導体積層体のこれらの層は、配置方向に垂直な方向に、主延在面を有する。

0012

発光半導体チップは、特に、成長方向に垂直に配置された2つの主面を有する。主面のうちの一方は、光取り出し面として具体化されており、この光取り出し面によって、動作時に生成される光が放出される。さらに、半導体チップは、光取り出し面とは反対側に位置しており、かつ半導体チップの第2の主面を形成する裏側面を有する。光取り出し面と裏側面は、側面によって互いに結合されている。光取り出し面を通じて光が放出されることに加えて、動作時に活性層において生成される光は、少なくとも一部分を側面もしくは裏側面またはその両方によって放出することもできる。

0013

発光半導体チップは、波長に応じてさまざまな半導体材料系をベースとする半導体積層体を有することができる。長い波長(赤外放射〜赤色放射)には、例えばInxGayAl1−x−yAs系の半導体積層体が適しており、赤色放射〜黄色放射には、例えばInxGayAl1−x−yP系の半導体積層体が適しており、短い波長の可視光(すなわち特に緑色放射〜青色放射)または紫外放射には、例えばInxGayAl1−x−yN系の半導体積層体が適しており、各場合において0≦x≦1かつ0≦y≦1が成り立つ。さらに、長い波長の赤外放射には、アンチモン化物(例えばInSb、GaSb、AlSb、またはこれらの組合せ)をベースとする半導体積層体も適し得る。

0014

成長基板は、絶縁体材料または半導体材料(例えば上に挙げた化合物半導体材料系)を含んでいることができる。特に、成長基板は、サファイアGaAsGaP、GaN、InP、SiC、Si、Geのうちの少なくとも1種類を含んでいることができる、またはこのような材料から構成することができる。

0015

発光半導体チップの半導体積層体は、活性領域、例えば従来のpn接合部、ダブルヘテロ構造単一量子井戸構造(SQW構造)、または多重量子井戸構造MQW構造)を有することができる。本出願においては、量子井戸構造という表現は、特に、閉じ込めの結果として電荷キャリアにおいてエネルギ状態量子化が起こる任意の構造を包含する。特に、量子井戸構造という表現は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せとが含まれる。半導体積層体は、活性領域に加えて、さらなる機能層および機能領域、例えば、p型またはn型にドープされた電荷キャリア輸送層、ドープされていないかp型またはn型にドープされた閉じ込め層、クラッド層、または導波層障壁層平坦化層バッファ層、保護層、電極のうちの少なくとも1つ、およびこれらの層の組合せを備えていることができる。活性領域またはさらなる機能層および機能領域に関してここに記載した構造部は、特に構造および機能に関して当業者に公知であり、したがってここではこれ以上詳しく説明しない。

0016

成長工程は、特に、ウェハアセンブリ(wafer assemblage)において行うことができる。言い換えれば、ウェハの形における成長基板を形成し、この上に大きな領域にわたり半導体積層体を成長させる。さらなる方法ステップにおいて、成長した半導体積層体を個々の半導体チップに個片化することができ、この場合、半導体チップの側面を個片化によって形成することができる。

0017

さらに、個片化の前に、半導体積層体をキャリア基板に移載することができ、成長基板を薄くする、すなわち少なくとも部分的または完全に除去することができる。

0018

少なくとも一実施形態によると、半導体チップの裏側面に、少なくとも2つの電気接触層熱接触層とが形成されており、熱接触層は、少なくとも2つの電気接触層から電気的に絶縁されている。特に、発光半導体チップは、裏側面にのみ電気接触層および熱接触層を有し、半導体チップの他方の面(特に光取り出し面)には接触層が存在しない。

0019

熱接触層は、特に、電位が存在しない状態に形成されている。言い換えれば、熱接触層は、半導体チップの半導体積層体から電気的に絶縁されている。この目的のため、半導体チップは、半導体積層体と熱接触層との間に電気的絶縁層を有することができ、この電気的絶縁層は、例えば二酸化ケイ素ダイアモンド、またはアルミニウム酸化物を含んでおり、100nm以上の厚さで形成されている。半導体チップの製造時、この目的のため、基板の上に半導体積層体を形成することができ、基板(特に成長基板)とは反対側に位置する半導体積層体の面に、パッシベーション層の形における電気的絶縁層を形成することができる。これに代わる形態として、半導体積層体が上に配置される基板、例えばキャリア基板(例:セラミック基板)によって、電気的絶縁層を形成することも可能である。この場合、半導体積層体とは反対側に位置する基板の面に、熱接触層が形成される。

0020

電気接触層は、半導体積層体の上に例えば直接的に、すなわち半導体積層体に直接接触した状態に、配置することができる。さらには、電気的絶縁層の上に電気接触層を配置し、電気ビアによって電気接触層を半導体積層体に電気的に接続することも可能である。半導体チップが2つの電気接触層を有する場合、これらの電気接触層は半導体チップ全体に電圧印加する役割を果たす。半導体チップが3つ以上の電気接触層を有する場合、半導体チップは、互いに個別に駆動することのできる複数の発光セグメントを有することもできる。

0021

電気接触層および熱接触層は、特に、1種類または複数種類の金属または金属合金または金属積層体を含んでいる。特に好ましくは、電気接触層および熱接触層は同じに具体化されている。

0022

これらの接触層は、一例として、Ti、Pt、Pd、Au、あるいはこれらの混合物合金、または層の組合せを含んでいることができる。特に好ましくは、電気接触層および熱接触層は、例えば接着促進層(例:Ti)と実装層(例:Au)を備えていることができる。さらには、これらの層の間に障壁層(例:PtもしくはPdまたはその両方)を配置することもできる。

0023

電気接触層および熱接触層は、発光半導体チップの作製時に形成することができ、キャリアボディ(後からさらに説明する)を形成する前に半導体チップの一部として設けることができる。さらには、半導体チップの周囲に成形体(molded body)を成形する工程(後からさらに説明する)の後、接続(結合)要素を形成する(後からさらに説明する)前に、これらの接触層を例えば電気めっき法によって形成することができる。

0024

フリップチップの形に具体化されており、かつ電気接続層のみを有する(半導体チップからの熱も電気接続層によって同時に放散させなければならない)公知の半導体チップと比較すると、本明細書に記載されている半導体チップは、電気接続層に加えて熱接触層を有し、この熱接触層によって、大きな領域にわたり半導体チップをヒートシンクに熱結合することが可能となり、したがって、熱放散に関して電気接触層に課される要件が小さい、または無視することができる。熱接触層が電気接触層および半導体積層体から電気的に絶縁されているため、特に、熱接触層と半導体積層体との間の電気的絶縁層が電気的破壊に対して堅牢に設計されている場合、熱接触層を有する半導体チップを、任意の電位を有する任意の面の上に配置することが可能である。

0025

さらなる実施形態によると、熱接触層は、半導体チップの裏側面において電気接触層よりも大きい領域を占有する。すなわち、特に、裏側面の領域の大部分、特に好ましくは、裏側面のうち電気接触層によって覆われていない部分の実質的に全体が、熱接触層によって形成されている。

0026

さらなる実施形態によると、発光半導体部品はキャリアボディを備えており、このキャリアボディは発光半導体チップを担持しており、動作時に発光半導体チップにおいて発生する熱をキャリアボディによって放散させることができる。例えば、キャリアボディは、例えば金属ヒートシンク、金属コア回路基板、またはプリント基板の形におけるさらなるヒートシンク(すなわちいわゆる第2レベルヒートシンク)の上に配置されるのに適したものとすることができる。

0027

さらなる実施形態によると、キャリアボディは成形体を有し、この成形体は、半導体チップの側面を、直接的に、かつ形状固定状態に(in a form-locking manner)覆っている。成形体は、特に、半導体チップに接して成形されており、横方向において、すなわち半導体チップの光取り出し面の主延在面に沿った方法において、半導体チップを囲んでいる。特に、成形体は、半導体チップの光取り出し面が覆われないように具体化することができる。半導体チップの側面は、完全に覆う、または裏側面から見て、光取り出し面の方向における特定の高さまで、したがって成形体が光取り出し面に達しない位置に上面を有するように、覆うことができる。特に好ましくは、成形体の上面と光取り出し面とが同じ高さであるように、側面を完全に覆うことができる。さらには、裏側面(すなわち特に、半導体積層体とは反対側に位置する接触層の面)も、成形体が存在しないようにすることができる。さらには、成形体が光取り出し面を覆うことなく、成形体の上面が光取り出し面よりも突き出していることもできる。結果として、キャリアボディの機械的安定性を高めることができる。さらに、結果として、光取り出し面の上に凹部を形成することができ、この凹部の中に例えば波長変換要素を配置することができる。さらには、半導体チップがキャリアボディに埋め込まれてキャリアボディによって完全に囲まれるように、成形体が光取り出し面を覆うことも可能である。成形体は、例えば適切な光学特性を有するように光取り出し面の上に形成することができる。

0028

成形体は、特に、プラスチック材料、好ましくはシリコーンエポキシド、エポキシド−シリコーンハイブリッド材料ポリエステル、または低い融点を有するガラスまたは低い融点を有するガラスセラミックを含んでいることができる。本明細書において、「低い融点を有する」という表現は、半導体チップが損傷しない温度で成形工程において加工することのできるガラスおよびガラスセラミックを意味する。特に、成形体は、キャリアボディの安定性を実質的にもたらす機械的安定化要素を形成することができる。成形体によって、半導体チップは特にキャリアボディに埋め込まれる。

0029

成形体は、特に、成形工程において、例えば、射出成形鋳造加圧成形、膜の積層化などによって、実施することができる。特に好ましくは、成形体は、トランスファ成形工程によって、例えば、箔支援型のトランスファ成形工程(foil-assisted transfer molding process)によって形成することができる。発光半導体部品が複数の発光半導体チップを備えている場合、複数の発光半導体チップを共通のキャリアボディに埋め込むことができ、したがって、共通の成形体を1回の方法ステップで複数の発光半導体チップの周囲に成形することができる。

0030

本明細書に記載されている成形体の製造方法は、例えば特許文献1に記載されており、これに関してこの文書開示内容はその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。

0031

さらなる実施形態によると、成形体は、光学的に反射性であるように具体化されている。このことは、例えば、光学的に反射性の粒子を成形体のマトリックス材料(特に、成形体の材料として上に挙げた材料のうちの1種類)の中に導入することによって達成することができる。この場合、発光半導体チップの側面において放出される光を成形体によって反射することができる。さらには、成形体を光透過性として具体化することが可能である。これは、特に、大きな比率の光が側面を通じて放出される発光半導体チップの場合に有利であり得る。生成される光が実質的に、または完全に光取り出し面によって放出される発光半導体チップの場合、または、光が側面を通じて放出される結果としての損失容認される場合、成形体は、例えば光吸収性として具体化することもでき、例えば黒色エポキシ樹脂(白色のエポキシ樹脂と比較して高い機械的安定性を有する)を備えていることができる。

0032

さらなる実施形態によると、キャリアボディは、半導体チップの裏側面における電気接続要素および熱結合要素を有する。この場合、電気接続要素は、半導体チップの電気接触層に直接接触している。キャリアボディの熱結合要素は、半導体チップの熱接触層に直接接触している。「直接接触している」とは、接続(結合)要素と接触層との間にさらなる中間層やさらなる結合材料が存在することなく、接続(結合)要素が接触層に接触していることを意味する。この場合、接続(結合)要素は、特に、その一部または全体が、結合層や結合材料(例えばはんだ導電性接着剤など)によって形成されていない。さらには、熱結合要素は、少なくとも一部分が、半導体チップとは反対側の半導体部品の実装面を形成している。

0033

さらなる実施形態によると、電気接続要素および熱結合要素は、電気めっきによって半導体チップの上に形成されている。この目的のため、電気接続要素および熱結合要素は、成形体が形成された後、半導体チップの裏側面における半導体チップのそれぞれの接触層の上に電気めっきすることによって、形成される。結果として、50μmの大きさのオーダーの小さい形状サイズが可能であり、したがって、発光半導体部品をコンパクトな寸法で製造することができる。さらに、電気めっき法においては、電気接続要素および熱結合要素の形状および寸法を自由に選択することができ、したがって、電気接続要素および熱結合要素を例えば顧客の所望の仕様に一致させることができる。

0034

さらに、電気接続要素を部分的に成形体の上に形成することもでき、したがって横方向において電気接触層から突き出すようにすることができる。

0035

さらなる実施形態によると、電気接続要素および熱結合要素は、銅もしくはニッケルまたはその両方を含んでいる。これらの接続(結合)要素は銅によって形成されていることが好ましく、銅は、プロセス工学の観点において簡単に電気めっき法によって成膜することができる。

0036

キャリアボディにおける電気接続要素との電気的接触を形成するため、キャリアボディは、電気接続要素に電気的に接続されている少なくとも1つの電気ビアを有することができる。電気ビアは、例えば成形体を貫くように成形体の中に形成することができる。この場合、半導体チップの周囲に成形体を成形する工程において、電気ビアを成形体の中に組み込むことができる。さらには、半導体チップの周囲に成形体を成形した後に、成形体の中に電気ビアを形成することも可能である。成形体は、例えば電気接続要素ごとに電気ビアを有することができ、したがって、電気接続要素と、したがって半導体チップの電気接触層との接触を、成形体の上面から、すなわち発光半導体チップの光取り出し面の横から形成することができる。これに代わる形態として、例えば、半導体部品の実装面まで電気ビアを形成することも可能である。この目的のため、例えば、電気ビアが中を貫通する開口部を熱結合要素が有することもできる。

0037

さらには、電気接続要素ごとに、実装面まで延びている電気ビアがキャリアボディ内に存在することが可能であり、したがって、発光半導体部品との電気的接触を実装面によって形成することができる。さらに、1つの電気接続要素との接触を、成形体またはキャリアボディの上面から電気ビアによって形成することができ、その一方で、さらなる電気接続要素との接触をキャリアボディの実装面から形成することも可能である。

0038

さらなる実施形態によると、電気接続要素は、キャリアボディの内部に配置されている。すなわち特に、電気接続要素がキャリアボディに埋め込まれており、電気接続要素との接触は、直接的ではなく、電気ビアによってのみ外部から形成することができる。

0039

発光半導体部品との電気的接触をキャリアボディの上面から形成できる場合、熱結合要素が半導体部品の実装面全体を形成していることが好ましい。言い換えれば、キャリアボディの下面は、熱結合要素のみによって形成されている。

0040

熱結合要素は、特に、半導体チップの裏側面から実装面への方向における厚さとして、電気接続要素の厚さよりも大きい厚さを有することができ、したがって、熱結合要素は電気接続要素よりも突き出している。特に好ましくは、熱結合要素は、横方向にも電気接続要素より突き出しており、したがって、熱結合要素の断面は、半導体チップから実装面への方向に広がっている。結果として、熱伝導率の増大または熱抵抗の減少を達成することが可能であり、この結果として、半導体チップからの熱の効率的な放散を可能にすることができる。

0041

さらなる実施形態によると、電気接続要素と熱結合要素との間に電気的絶縁材料が配置されている。電気的絶縁材料は、例えば、有機材料、特にポリマー材料によって形成することができる。電気的絶縁材料は、一例として、ベンゾシクロブテン(BCB)系の材料によって形成することができる。

0042

さらなる実施形態によると、発光半導体チップの光取り出し面に波長変換要素が配置されている。この場合、半導体チップの周囲に成形体を成形する工程の前または後に、光取り出し面に波長変換要素を配置することができ、波長変換要素は、特に、1種類または複数種類の波長変換物質を含む層によって形成することができる。キャリアボディ内に複数の発光半導体チップが存在する場合、これら半導体チップの下流に共通の波長変換要素を配置することができ、またはこれに代わる形態として、半導体チップそれぞれの下流に、特別に割り当てられる波長変換要素を配置することができる。

0043

波長変換要素は、特に、発光半導体チップまたは複数の発光半導体チップによって放出される光の少なくとも一部分を、異なる波長を有する光に変換するのに適する少なくとも1種類または複数種類の波長変換物質を含んでおり、したがって、本発光半導体部品は、半導体チップによって主として放出される光と、変換された二次光とを含んだ混合光を放出することができる。一例として、発光半導体チップは青色光を放出することができ、この青色光の少なくとも一部分が、波長変換要素によって緑色光もしくは黄色光またはその両方に変換され、したがって、本半導体部品は動作時に白色光を放出することができる。例えば、波長変換要素は、例えばプラスチック(例:シリコーン)またはセラミックなどのマトリックス材料に埋め込まれた粒子の形で形成することができる。さらには、波長変換要素を、波長変換物質を含んでいる、またはセラミック波長変換物質からなるセラミック薄層として具体化することも可能である。波長変換要素は、特に、光取り出し面に直接形成することができる。

0044

さらなる実施形態によると、成形体の中に複数の発光半導体チップが横方向に互いに並んで配置されている。すなわち特に、本発光半導体部品は、半導体チップの光取り出し面と、成形体またはキャリアボディの上面の平面視において、互いに並んだ複数の半導体チップを有する。これらの発光半導体チップは、特に、成形体の中の電気接続要素によって互いに相互接続することができる。さらに、特に好ましくは、キャリアボディは連続的な熱結合要素を有することができ、この熱結合要素に半導体チップの熱接触層が直接接触しており、したがって、動作時に半導体チップにおいて発生する熱を共通の熱結合要素によって実装面に放散させることができる。

0045

さらなる実施形態によると、発光半導体部品を製造する方法は、以下のステップ、すなわち、
A)半導体積層体を有し、光取り出し面を有し、光取り出し面とは反対側に位置する裏側面を有し、光取り出し面と裏側面とを結合する側面を有する、発光半導体チップ、を形成するステップであって、半導体チップの裏側面に、2つの電気接触層と熱接触層とが配置され、熱接触層が、電気接触層および半導体積層体から電気的に絶縁される、ステップと、
B) 半導体チップのキャリアボディを形成するステップであって、
B1) 半導体チップの周囲に成形体を成形するサブステップであって、成形体が、半導体チップの側面を、直接的かつ形状固定状態に覆う、サブステップと、
B2) 半導体チップの電気接触層に直接接触する電気接続要素と、半導体チップの熱接触層に直接接触する熱結合要素とを、電気めっき法によって形成するサブステップであって、熱結合要素が、半導体チップとは反対側の半導体部品の実装面を形成するような厚さで形成される、サブステップと、
を含む、ステップと、
を含んでいる。

0046

本発光半導体部品に関連して説明されている特徴および実施形態は、本発光半導体部品を製造する方法にも等しくあてはまり、逆も同様である。

0047

本明細書に記載されている発光半導体部品およびそれを製造する方法の場合、発光半導体チップの熱接触層に直接接触している、キャリアボディの熱結合要素によって、半導体チップからの熱の良好な放散を達成することができる。本明細書に記載されている方法は、特に、本明細書に記載されているキャリアボディが例えばセラミックキャリアディよりも費用効率が高いことと、キャリアボディにおける熱結合要素の結果として、キャリアボディと、したがって発光半導体部品の熱膨張係数を、いわゆる第2レベルヒートシンクに適合させることが、例えばセラミック基板の場合よりも良好に可能であることとを特徴とする。電気接続要素および熱結合要素を電気めっき法によって作製するため、例えばQFNハウジングの場合よりも小さい形状サイズが可能であり、したがって、本明細書に記載されている発光半導体部品は、より小さい寸法を有することができる。複数の発光半導体チップが存在する場合、これらの半導体チップを、電気めっき法によって、プロセス工学の観点において簡単に相互接続することができる。

0048

さらなる利点、有利な実施形態、および発展形態は、以下に図面を参照しながら説明する例示的な実施形態から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0049

例示的な一実施形態による発光半導体部品の概略図を示している。
例示的な一実施形態による発光半導体部品の概略図を示している。
さらなる例示的な実施形態による発光半導体チップの概略図を示している。
さらなる例示的な実施形態による発光半導体チップの概略図を示している。
さらなる例示的な実施形態による発光半導体部品の概略図を示している。
さらなる例示的な実施形態による発光半導体部品の概略図を示している。

実施例

0050

例示的な実施形態および図面において、同じ要素、同じタイプの要素、または同じ機能の要素には、それぞれ同じ参照数字を付してある。図示した要素と、それらの互いの大きさの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、便宜上、または深く理解できるようにする目的で、個々の要素(例えば、層、構造部、部品、領域)を、誇張した大きさで示してあることがある。

0051

図1Aおよび図1Bは、例示的な一実施形態による発光半導体部品100を示している。図1Bは、図1Aに示した半導体部品100を、図1Aに示した断面A−Aに沿って切断したときの断面図を示している。図1Bにおいて、点線は、半導体チップ1の真下の電気接続要素24および熱結合要素25の断面を示している。

0052

発光半導体部品100は、キャリアボディ2によって担持されている発光半導体チップ1を備えている。

0053

発光半導体チップ1は、半導体チップの動作時に光を放出する少なくとも1層の活性層を備えた半導体積層体を有する。さらに、発光半導体チップ1は、上に半導体積層体が配置されている成長基板またはキャリア基板の形における基板を有することができる。図を明確にする目的で、半導体チップ1の半導体積層体および基板は図1Aには示していない。発光半導体チップ1の例示的な実施形態は、図2Aおよび図2Bに関連して示してあり、後からさらに説明する。

0054

動作時に生成される光は、光取り出し面11によって放出される。半導体チップ1は、光取り出し面11とは反対側に裏側面12を有する。光取り出し面11と裏側面12は、側面13によって互いに結合されている。動作時に生成される光は、光取り出し面11に加えて、側面を通じて、もしくは裏側面12の一部を通じて、またはその両方を通じて放出させることができる。半導体チップ1は、裏側面12に2つの電気接触層14を有し、これらの電気接触層14によって、半導体チップ1、特に半導体チップ1の半導体積層体との電気的接触を形成することができる。さらに、半導体チップ1は熱接触層15を有し、熱接触層15は、電気接触層14および半導体チップ1の半導体積層体から電気的に絶縁されている。したがって、熱接触層15は、半導体チップ1において電位が存在しない状態に具体化されている。

0055

図1Bから明らかであるように、熱接触層15は、半導体チップの裏側面12の大部分を形成していることが好ましく、したがって、半導体チップの大きな領域の熱結合が可能である。特に、熱接触層15は、電気接触層14と、熱接触層15を電気接触層14から電気的に絶縁するための隙間とを除いて、半導体チップの裏側面12全体を形成するように、具体化されている。

0056

キャリアボディ2は成形体20を有し、成形体20は、半導体チップ1の側面13を直接的かつ形状固定状態に覆っている。この場合、成形体20は、図1Aに示したように、半導体チップ1の側面13を完全に覆うように具体化することができる。これに代わる形態として、半導体チップ1の側面13の一部のみが成形体20によって覆われることも可能であり、したがって、成形体20は半導体チップ1よりも小さい高さを有することができる。特に好ましくは、図1Aに示したように、成形体20は半導体チップ1の光取り出し面11を覆わず、光取り出し面11と同じ高さの上面21を有する。

0057

さらに、成形体が光取り出し面11を覆うことなく、成形体20の上面21が光取り出し面11よりも突き出していることができる。結果として、キャリアボディ2の機械的安定性を高めることができる。さらには、結果として、光取り出し面11の上に凹部を形成することができ、この凹部の中に、例えば波長変換要素3を配置することができる。

0058

図示した例示的な実施形態の代替形態として、成形体20が光取り出し面11を覆うこともでき、したがって、半導体チップ1がキャリアボディ2の中に入り、すべての面においてキャリアボディ2によって囲まれる。所望の光学特性(例えば所望の光の集中または散乱)を得る目的で、光取り出し面11の上の成形体20は、例えば、目的の形状に成形する、または材料に固有な形状に具体化することができ、例えば、レンズ形状に具体化する、または充填材を設けることができる。

0059

成形体20は、半導体チップ1に接して成形され、成形工程において加工可能な材料(例えば、エポキシド、シリコーン、シリコーン−エポキシドハイブリッド材料、またはポリエステル)を含んでいる、またはこのような材料からなる。成形体20は、半導体チップ1の発光特性に応じて、透明体として、光吸収性として、光反射性として、または光散乱性として具体化することができ、上に挙げた材料の中に対応する粒子もしくは充填材またはその両方を含んでいることができる。

0060

半導体チップの光取り出し面11と、キャリアボディ2または成形体20の上面21には、波長変換要素3を形成することができ、波長変換要素3は、発光半導体チップ1によって生成される光の少なくとも一部を、それとは異なる光に変換することができる。

0061

発光半導体部品100を製造する目的で、半導体チップ1を形成する。

0062

この点において、図2Aおよび図2Bは、発光半導体チップ1の例示的な実施形態を示しており、このチップ1は、それぞれ発光半導体部品100用に形成することができ、それぞれ、活性領域を有する半導体積層体17が上に配置されている基板16を有する。

0063

図2Aは、基板16が、半導体積層体17を作製するための成長基板によって形成されている発光半導体チップ1を示している。半導体積層体17を構造化することによって、半導体積層体17の同じ面に電気接触層14を配置することができる。

0064

さらに、半導体チップ1は、半導体積層体17の上に熱接触層15を有し、この熱接触層は、パッシベーション層19によって形成されている電気的絶縁層18によって、半導体積層体17から電気的に絶縁されている。パッシベーション層は、二酸化ケイ素、ダイアモンド、またはアルミニウム酸化物を含んでいることが好ましく、100nm以上の厚さを有する。

0065

これとは異なり、図2Bにおける発光半導体チップ1は、基板16として、キャリア基板として具体化されているセラミック基板を有し、半導体積層体17を成長基板の上に成長させた後、半導体積層体17がこのセラミック基板に移載されている。半導体積層体17とは反対側の基板16の面に電気接触層14が形成されており、電気ビア141によって半導体積層体17に接触接続されている。参照符号142は、基板16とは反対の半導体積層体17の側との接触を形成するための一方のビア141の電気的絶縁を示す。

0066

さらに、半導体積層体17とは反対側の基板16の面に熱接触層15が形成されており、この場合、熱接触層15を半導体積層体17から電気的に絶縁する目的で、基板16が電気的絶縁層18を形成している。

0067

発光半導体チップ1を形成した後、キャリアボディ2を作製する。この目的のため、最初のサブステップにおいて、半導体チップ1の側面13を、成形体20の材料によって直接的かつ形状固定状態に覆う。これは、成形工程において、特に、図示した例示的な実施形態においてはトランスファ成形工程によって、半導体チップの周囲に成形体20を成形することによって行う。

0068

キャリアボディ2を作製するためのさらなる方法ステップにおいては、接続(結合)要素24,25を半導体チップの接触層14,15に直接接触した状態で形成する。この目的のため、電気接続要素24と、熱結合要素25の一部とを、電気接触層14および熱接触層15の上に電気めっき法によって形成する。図1Aから明らかであるように、電気接続要素24は、その一部を、半導体チップ1よりも突き出した状態に成形体20の上に形成することもできる。

0069

その後、電気的絶縁材料26を塗布し、電気的絶縁材料26は、電気接続要素24と、熱結合要素25のすでに形成されている部分とを覆う。熱結合要素25のすでに形成されている部分の上の電気的絶縁材料26を再び除去し、したがって、熱結合要素25を、電気めっき法を継続することによってさらに補強することができる。特に、これにより、電機接続要素24を電気的絶縁材料26およびキャリアボディ2に埋め込んで、大きな幅を有する熱結合要素25を作製することが可能である。したがって、熱結合要素25を、電気接続要素24より厚く、かつ垂直方向に加えて横方向にも電気接続要素24より突き出すように、形成することができる。電気的絶縁材料26は、特に、例えばフォトパターニング可能なレジスト(例:BCB系ポリマー)など、フォトパターニング可能な材料によって形成する。

0070

電気接続要素24および熱結合要素25は、特に、銅もしくはニッケルまたはその両方を含んでいる。好ましくは、接続要素24および結合要素25は銅によって形成され、銅は、プロセス工学の観点において簡単に電気めっき法によって成膜することができる。

0071

接続要素24および結合要素25が、プロセス工学の観点から簡単に接触要素14,15に結合され、かつ約50μmの大きさのオーダーの小さい形状サイズが可能であるのは、電気めっき法によって達成される。薄い接続(結合)要素24,25の場合、半導体チップ1において、例えば熱ひずみに起因する低応力負荷を達成することが可能である一方で、電気接続要素24と比較して大幅に厚い熱結合要素25では、良好な熱伝導率が可能になる。熱接触層15が、電位のない状態で、すなわち電気的に絶縁された状態で、半導体チップ1の半導体積層体17の上に形成されているため、熱結合要素25も同様に半導体チップ1の半導体積層体17から電気的に絶縁されており、したがって、熱結合要素25を電気的に絶縁する追加ステップが必要ない。

0072

電気接続要素24との電気的接触は、図示した例示的な実施形態のように、成形体20における電気ビア27によって外部から形成することができる。これらのビアは、必要なとき、例えば個別の要素として発光半導体チップ1と一緒に形成され、これらの周囲に成形体20が成形される。さらには、電気ビアを形成する目的で、成形体20に開口部を設ける、または形成し、この開口部の少なくとも一部または全体に導電性材料を満たすことも可能である。電気ビア27によって、発光半導体チップ1と、したがって発光半導体部品100との接触を、キャリアボディ2の上面21から形成することが可能になり、したがって、熱結合要素25が、上面21とは反対側に位置する実装面22全体を形成することが好ましい。

0073

特に好ましくは、発光半導体部品100は、さらなる半導体部品を有するアセンブリにおいて製造することができる。この目的のため、複数の発光半導体チップ1の周囲に共通の成形体20を成形することができる。電気接続要素24および熱結合要素25と、電気ビア27(適切な場合)とを形成した後、したがってキャリアボディアセンブリが完成した後、キャリアボディアセンブリを個々の半導体部品100に分割することができる。この個片化によってキャリアボディ2の側面が形成され、側面は、個片化によって生じる例えばソーイング溝や研削跡の形での、材料を除去した痕跡を有することがある。

0074

図3は、さらなる例示的な実施形態による発光半導体部品200を示しており、この発光半導体部品200では、発光半導体部品100と比較して、電気的接触を実装面22から形成することができる。この目的のため、熱結合要素25は、中に電気ビア27が配置されている開口部を有し、電気ビア27は、電気的絶縁材料26によって熱結合要素25から絶縁されている。

0075

さらには、上面21と、下面または実装面22の両方にビア27の形における電気接続部を形成することも可能である。

0076

電気めっき法によって電気接続要素24および熱結合要素25を形成する結果として、および、成形体20もしくは熱結合要素25またはその両方の中に電気ビア27を配置する結果として、熱結合および電気接続の可能な方式に関して所望の様式で実装面22を構成することができる。

0077

図4は、発光半導体部品300のさらなる例示的な実施形態の一部を示しており、この実施形態は、前の例示的な実施形態と比較して、複数の半導体チップ1を備えており、これらの半導体チップ1の周囲に共通の成形体20が成形されている。

0078

半導体チップ1は、キャリアボディ2における電気接続要素24によって互いに相互接続されている。さらに、発光半導体部品300は、半導体チップ1の熱接触層15に直接隣接している熱結合要素25を備えており、したがって、熱結合要素25を、動作時に半導体チップ1によって発生する熱を放散させることのできる連続的な熱結合要素として具体化することができる。

0079

図面に記載されている例示的な実施形態および特徴は、互いに組み合わせることもできる。例示的な実施形態に示した特徴に加えて、または特徴に代えて、発光半導体部品100,200,300は、発明の概要セクションにおける説明によるさらなる特徴を備えていることもできる。

0080

ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。

0081

関連出願
本特許出願は、独国特許出願第102012102847.8号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。

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