半導(dǎo)體器件和用于制造半導(dǎo)體器件的方法
【專利說明】半導(dǎo)體器件和用于制造半導(dǎo)體器件的方法
[0001 ] 本發(fā)明申請是申請日為2011年5月25日、申請?zhí)枮椤?01180031248.9”、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體器件和用于制造半導(dǎo)體器件的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請涉及一種半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0003]相關(guān)申請的交叉參引
[0004]本申請要求德國專利申請102010 024 545.3的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容在此通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0005]為了提高由例如發(fā)光二極管的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件所發(fā)射的輻射功率，能夠?qū)雽?dǎo)體芯片在其層結(jié)構(gòu)或其幾何形狀方面進(jìn)行修改。然而，這是耗費(fèi)的和高成本的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]—個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體器件，其中提高在運(yùn)行時(shí)發(fā)射的輻射功率。此外，應(yīng)提出一種用于制造這種半導(dǎo)體器件的方法，借助于所述方法能夠簡化地并且可靠地制造這種器件。
[0007]所述目的通過根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件或根據(jù)本發(fā)明的制造方法來實(shí)現(xiàn)，其中方法具有以下步驟:a)提供光電子的半導(dǎo)體芯片;b)在半導(dǎo)體本體上施加用于光學(xué)元件的模塑料，其中所述模塑料以高折射率的聚合物材料為基礎(chǔ);c)在最高為50°C的溫度下預(yù)硬化施加到所述半導(dǎo)體芯片上的所述模塑料，其中借助于電磁輻射來引起所述預(yù)硬化和/或借助于混合所述模塑料的至少兩種組分來引起所述預(yù)硬化;并且d)完全硬化所述模塑料。其他的設(shè)計(jì)方案和有利方案是本文的主題。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施形式，半導(dǎo)體器件具有光電子的半導(dǎo)體芯片和設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的輻射穿透面上的光學(xué)元件。光學(xué)元件以高折射率的聚合物材料為基礎(chǔ)。
[0009]光學(xué)元件由于其高折射率的特性而能夠改進(jìn)地有助于降低半導(dǎo)體芯片和環(huán)境之間的折射率突變。
[0010]以高折射率的聚合物材料“為基礎(chǔ)”在本文中表示，高折射率的聚合物材料形成光學(xué)元件的基本材料。在作為基本材料的高折射率的聚合物材料中能夠混合有另外的材料，例如擴(kuò)散材料和/或用于轉(zhuǎn)換在半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的輻射的發(fā)光轉(zhuǎn)換材料。
[0011 ]優(yōu)選地，光學(xué)元件包含重量比為至少80 %的高反射的聚合物材料。
[0012]在一個(gè)改進(jìn)形式中，在高反射的聚合物材料中設(shè)有用于提高折射率的納米微粒。納米微粒適當(dāng)?shù)鼐哂信c高折射率的聚合物材料的折射率相比更大的折射率。納米微粒在其平均大小方面適當(dāng)?shù)貥?gòu)成為，使得所述納米微粒不吸收和/或至少基本不吸收要由半導(dǎo)體器件產(chǎn)生和/或接收的輻射。
[0013]在本申請的范圍內(nèi)，高折射率的材料理解成折射率至少為1.50的材料。
[0014]優(yōu)選地，光學(xué)元件的、尤其是光學(xué)元件的聚合物材料的折射率最低為1.52，尤其優(yōu)選最低為1.54。此外，光學(xué)元件的折射率有利地與半導(dǎo)體器件的朝向光學(xué)元件的半導(dǎo)體材料的折射率相比更小。
[0015]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，光學(xué)元件包含硅樹脂、環(huán)氧化物或雜化材料。例如，二苯基硅氧烷的出色之處在于1.54的相對高的折射率。
[0016]光學(xué)元件用于穿透半導(dǎo)體芯片的輻射穿透面的輻射的射束形成。在此，射束形成能夠尤其涉及空間的和/或光譜的輻射特征。
[0017]在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，光學(xué)元件在背離半導(dǎo)體芯片的一側(cè)上至少局部地彎曲，尤其在半導(dǎo)體器件的俯視圖中凸形地彎曲。因此，光學(xué)元件能夠滿足輻射成束的透鏡的功能。
[0018]在橫向方向上，光學(xué)元件優(yōu)選最多延伸至半導(dǎo)體芯片的一個(gè)側(cè)面，所述側(cè)面在橫向方向上對半導(dǎo)體芯片限界。因此，光學(xué)元件在橫向方向上沒有突出于半導(dǎo)體芯片。在有疑問時(shí)，橫向方向理解成沿著半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層的主延伸平面延伸的方向。
[0019]因此，在橫向方向上對半導(dǎo)體芯片限界的側(cè)面能夠沒有光學(xué)元件的材料。
[0020]在一個(gè)設(shè)計(jì)方案變型形式中，光學(xué)元件優(yōu)選地直接地鄰接半導(dǎo)體芯片。尤其地，光學(xué)元件在制造半導(dǎo)體器件時(shí)被模制到半導(dǎo)體芯片上。
[0021]在一個(gè)替選的設(shè)計(jì)方案變型形式中，光學(xué)元件是預(yù)制的，并且此外優(yōu)選借助于連接層固定在半導(dǎo)體芯片上。
[0022]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)形式中，將發(fā)光轉(zhuǎn)換材料嵌入到光學(xué)元件中。發(fā)光轉(zhuǎn)換材料設(shè)置用于，至少部分地吸收在運(yùn)行時(shí)在半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的輻射并且轉(zhuǎn)換成另一波長的輻射。
[0023]在另一優(yōu)選的改進(jìn)形式中，在光學(xué)元件的背離半導(dǎo)體芯片的一側(cè)上設(shè)置有另一個(gè)光學(xué)元件，所述另一個(gè)光學(xué)元件以高折射率的聚合物材料為基礎(chǔ)并且此外優(yōu)選凸形地彎曲。
[0024]在該情況下，光學(xué)元件能夠用于光譜的射束形成并且另一個(gè)光學(xué)元件用于空間的射束形成。
[0025]設(shè)置在半導(dǎo)體芯片和光學(xué)元件之間的連接層優(yōu)選地構(gòu)成為高折射率的。尤其地，連接層的折射率優(yōu)選大于或等于鄰接的光學(xué)元件的折射率。連接層能夠以高折射率的聚合物材料為基礎(chǔ)，例如以高折射率的硅樹脂為基礎(chǔ)。
[0026]在另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，半導(dǎo)體器件具有包套，半導(dǎo)體芯片嵌入到所述包套中。優(yōu)選地，包套至少局部地、尤其優(yōu)選完全地覆蓋光學(xué)元件。包套優(yōu)選至少局部地直接鄰接于光學(xué)元件。
[0027]包套優(yōu)選具有與光學(xué)元件的折射率相比更小的并且必要時(shí)與另一個(gè)光學(xué)元件的折射率相比更小的折射率。
[0028]此外優(yōu)選地，包套在背離半導(dǎo)體芯片的一側(cè)上至少局部地構(gòu)造成是透鏡形的。借助于包套的形狀能夠調(diào)整半導(dǎo)體器件的空間的輻射特征。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施形式，在用于制造半導(dǎo)體器件的方法中提供光電子的半導(dǎo)體芯片。將用于光學(xué)元件的模塑料施加到半導(dǎo)體芯片上，其中模塑料以高折射率的聚合物材料為基礎(chǔ)。在最高為50°C的溫度下預(yù)硬化模塑料。完全硬化該模塑料。
[0030]借助于之前的預(yù)硬化能夠?qū)崿F(xiàn)，模塑料在預(yù)硬化之后具有足夠的形狀穩(wěn)定性。預(yù)硬化尤其能夠在10°c和30°C之間的溫度下、例如在室溫下進(jìn)行，其中包括邊界值。
[0031]借助于預(yù)硬化降低模塑料在硬化步驟期間融解的危險(xiǎn)。適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)硬化，使得模塑料不超出半導(dǎo)體芯片的側(cè)面。因此，能夠盡可能地減小光學(xué)元件在模塑料完整地完全硬化之前的不期望的形狀改變和與光學(xué)元件的與之關(guān)聯(lián)的質(zhì)量損害。
[0032]在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，借助于電磁輻射來引起預(yù)硬化。優(yōu)選地，借助于紫外輻射進(jìn)行預(yù)硬化。但是，也能夠使用其他光譜范圍中的輻射，例如微波輻射。
[0033]已證實(shí)的是，輻射引起的硬化起到快速膠化模塑料的作用。由此，盡可能地降低模塑料融解的危險(xiǎn)。反之，在純熱硬化中，在此出現(xiàn)的溫度變化能夠引起或促進(jìn)融解。
[0034]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，模塑快在預(yù)硬化時(shí)經(jīng)受具有0.2J/cm2和2.0J/cm2之間的能量輸入的輻射，其中包括邊界值。該范圍對于制造具有高光學(xué)質(zhì)量的光學(xué)元件而言已證實(shí)為是尤其適合的。
[0035]替選地或補(bǔ)充地，為了預(yù)硬化，能夠借助于混合模塑料的至少兩種組分來活化模塑料。在該情況下，模塑料的活化能夠內(nèi)在地、也就是在沒有其他的外部作用的情況下進(jìn)行并且引起預(yù)硬化。然而，這能夠例如借助于電磁輻射附加地觸發(fā)或加速。
[0036]在另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在完全硬化模塑料時(shí)執(zhí)行熱硬化。
[0037]完全硬化優(yōu)選在與預(yù)硬化相比更高的溫度下進(jìn)行。由于模塑料在預(yù)硬化時(shí)的預(yù)交聯(lián)，在相對高的溫度的情況下也盡可能地降低在熱硬化期間熱引起的融解的危險(xiǎn)。
[0038]熱硬化時(shí)的溫度越高，硬化步驟的持續(xù)時(shí)間就能夠越短。優(yōu)選地，溫度在室溫和200°C之間，尤其優(yōu)選在50°C和150°C之間，其中包括邊界值。
[0039]模塑料能夠直接施加到光電子的半導(dǎo)體芯片上。替選地，在施加模塑料之前也能夠施加另一個(gè)層或另一個(gè)元件，例如包含發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的小板。
[0040]所描述的方法尤其適用于制造更上面描述的半導(dǎo)體器件。因此，結(jié)合半導(dǎo)體器件詳述的特征也能夠用于所述方法并且反之亦然。
[0041]其他的設(shè)計(jì)方案和合理方案從結(jié)合附圖對實(shí)施例的下述描述中得出。
【附圖說明】
[0042]示出:
[0043]圖1示出半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的示意剖面圖；
[0044]圖2示出根據(jù)在圖1中示出的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片和光學(xué)元件的放大圖；
[0045]圖3示出具有光學(xué)元件的半導(dǎo)體芯片的第二實(shí)施例的示意剖面圖；
[0046]圖4A至4E分別示出光學(xué)元件的五個(gè)實(shí)施例的剖面圖；
[0047]圖5示出與是預(yù)設(shè)的材料量的多倍i的光學(xué)元件的重量相關(guān)的由半導(dǎo)體器件發(fā)射的輻射功率P(以任意單位)的測量;和
[0048]圖6A至6C按照示意地以剖面圖示出的中間步驟示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0049]相同的、相同類型的或起相同作用的元件在圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0050]圖和在圖中示出的元件彼此間的大小比例不能夠視作是按照比例的。相反地，為了更好的可視性和/或?yàn)榱烁玫睦斫?，能夠夸大地示出各個(gè)元件。
[0051]在圖1中示意地示出半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的剖面圖。半導(dǎo)體器件I示例地構(gòu)造為可表面安裝的器件(表面安裝器件，SMD)，例如構(gòu)造成發(fā)光二極管器件。
[0052]半導(dǎo)體器件I具有光電子的半導(dǎo)體芯片2和光學(xué)元件3，所述光學(xué)元件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片2的輻射穿透面20上。
[0053]此外，半導(dǎo)體器件包括殼體本體5，所述殼體模制到具有第一接觸部51和第二接觸部52的導(dǎo)體框上。此外，