B e s ehr e ibung

Verfahren zum Anordnen einer Pulverschicht auf einem Substrat sowie Schichtaufbau mit mindestens einer Pulverschicht auf einem Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen einer Pulverschicht auf einer Substratoberfläche eines Substrats. Daneben wird ein Schichtaufbau mit mindestens einer Pulverschicht auf einer Substratoberfläche eines Substrats angegeben.

Das Substrat ist beispielsweise ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise eine Konversions-LED. Eine Konversions-LED kann eine LED (Light Emitting Diode) aufweisen, auf deren Oberfläche, die damit die oben genannte Substratoberfläche bilden kann, eine Konverterschicht aufgebracht ist. Es liegt ein Schichtaufbau aus Halbleiterbauelement und Konverterschicht vor. Die Konverterschicht weist beispielsweise ein keramisches

Leuchtstoffpulver auf. Ein Leuchtstoff des LeuchtStoffpulvers hat die Aufgabe, elektromagnetische Primärstrahlung, die von der LED ausgesendet wird, in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung umzuwandeln.

Zur Herstellung des Schichtaufbaus wird ausgehend von einem Halbleitersubstrat, das eine Mehrzahl von LEDs aufweisen kann (Wafer) , die Konverterschicht auf eine Halbleiteroberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht. Es kann aber möglich sein, dass nicht alle LEDs des Halbleitersubstrats für

Konversion-LEDs geeignet sind. Von deren Oberfläche sollte die Konverterschicht auf einfache Weise wieder entfernbar sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Anordnen einer Pulverschicht auf eine Substratoberfläche eines Substrats anzugeben, wobei die

Pulverschicht an bestimmten Stellen der Substratoberfläche leicht entfernt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Anordnen einer Pulverschicht mit einem Pulver auf eine Substratoberfläche eines Substrats mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen des Substrats mit der Substratoberfläche, b) Aufbringen eines Gemisches mit dem Pulver und einem Haftvermittler auf der Substratoberfläche, c) Entfernen des Haftvermittlers und d) Fixieren der Pulverschicht auf der Substratoberfläche.

Mit dem Verfahren ist ein neuartiger Schichtaufbau zugänglich, aufweisend mindestens eine strukturierte Pulverschicht mit Pulver auf einer Substratoberflache eines Substrats .

Mit dem Verfahren gemäß zumindest einer der folgenden Ausführungsformen kann ein neuartiger Schichtaufbau herstellbar sein, aufweisend mindestens eine strukturierte Pulverschicht mit Pulver auf einer Substratoberfläche eines Substrats. Dabei kann eine lose haftende Pulverschicht auf der Substratoberfläche erzeugt werden. Anschließend kann die Pulverschicht fixiert werden. Vor oder nach dem Fixieren kann ein Strukturieren der Pulverschicht stattfinden. Zumindest eine Ausführungsform des Verfahrens kann Anwendung insbesondere bei der Herstellung von Konversions-LEDs finden. Die Pulverschicht kann eine auf einer LED aufgebrachte Konverterschicht bilden. Bei der Herstellung von Konversions- LEDs können Halbleiter-Wafer mit einer Vielzahl von LEDs eingesetzt werden. Auf bestimmten Bereichen der Oberfläche des Wafers kann die Konverterschicht gezielt erzeugt werden.

Eine grundlegende Idee besteht darin, die Pulverschicht zunächst so aufzubringen, dass sie leicht wieder entfernt werden kann. Dies gelingt mit dem Haftvermittler. Der Haftvermittler kann leicht entfernt werden. Nach dem Entfernen des Haftvermittlers entsteht eine geringe Haftung

der Pulverpartikel an der Substratoberfläche und eine Haftung der Pulverpartikel untereinander. Die geringe Haftung basiert beispielsweise auf schwachen Adhäsions- und Kohäsionskräften (z.B. Van der Waals-Kräfte) . Durch die schwachen Adhäsions- und Kohäsάonskräfte kann die Pulverschicht auf einfache Weise wieder entfernt werden.

Als Haftvermittler sind beliebige Materialien denkbar, die das Pulver an der Substratoberfläche halten und die zur Schichtbildung beitragen. Insbesondere wird der

Haftvermittler aus der Gruppe Wasser, organisches Lösungsmittel, anorganischer Binder und organischer Binder ausgewählt. Das organische Lösungsmittel ist beispielsweise ein Alkohol, ein Ester oder ein Keton. Mit dem Pulver bilden diese Haftvermittler beispielsweise Dispersionen. Ein Binder kann sich dadurch auszeichnen, dass er vernetzbar ist und damit zur Schichtbildung führt. Ein Vernetzen erfolgt dabei beispielsweise beim Aushärten des Binders. Der anorganische Binder ist beispielsweise Wasserglas (Na ₂ Siθ ₃ oder K2S1O3) . Der organische Binder ist beispielsweise ein Acrylbinder. Es können auch Gemische der genannten Haftvermittler verwendet werden. Beispielsweise wird als Haftvermittler eine Mischung von Wasser und einem Alkohol verwendet. Denkbar ist auch eine Mischung aus organischem Binder und organischem Lösungsmittel, beispielsweise ein Arcylbinder und Keton.

In Abhängigkeit des verwendeten Haftvermittlers können unterschiedliche Verfahren verwendet werden, um den Haftvermittler zu entfernen. Im einfachsten Fall, bei der Verwendung eines Lösungsmittels (Wasser oder organische

Lösungsmittel) muss lediglich die Temperatur erhöht und/oder ein Umgebungsdruck erniedrigt werden, um das Lösungsmittel von der Substratoberfläche zu entfernen. Wird dagegen ein organischer Binder verwendet, so wird die Temperatur erhöht, so dass der Binder ausbrennt. Der Binder wird dabei so gewählt, dass die Temperatur, bei der der Binder ausbrennt, an die Temperatur angepasst ist, bis zu der das Substrat stabil ist. Bei einem Halbleitersubstrat kann beispielsweise

ein Binder verwendet werden, der bei relativ niedriger Temperatur (bis maximal 350° C) ausbrennt. Bei einem Substrat aus Glas wird darauf geachtet, dass der Binder bei einer Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Glases des Substrats ausbrennt.

Zum Aufbringen des Gemisches mit dem Pulver und dem Haftvermittler auf die Substratoberfläche sind verschiedenste Verfahren denkbar. Eine Auswahl des Verfahrens richtet sich unter anderem nach dem verwendeten Pulver, nach dem verwendeten Haftvermittler und nach der Substratoberfläche des Substrats .

Beispielsweise kann zum Aufbringen des Gemisches ein Druckverfahren durchgeführt werden. Das Druckverfahren ist beispielsweise ein Siebdruck-Verfahren. Dazu ist das Gemisch eine druckbare Paste mit dem Pulver und einem organischen Binder als Haftvermittler. Diese Paste wird auf die Substratoberfläche des Substrats aufgedruckt.

Weiterhin kann zum Aufbringen des Gemisches ein Elektrophorese-Verfahren durchgeführt werden. Die Pulverpartikel des Pulvers werden elektrophoretisch, also durch Anlegen eines elektrischen Feldes, auf die Substratoberfläche aufgebracht. Das Anlegen des elektrischen Feldes erfolgt beispielsweise mittels einer elektrisch leitenden Substratoberfläche. Für das Elektrophorese- Verfahren kommen bevorzugt Haftvermittler in Form von polaren Lösungsmitteln (z.B. Wasser und/oder Alkohol) zum Einsatz.

Weiterhin kann zum Aufbringen des Gemisches ein Sedimentations-Verfahren durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise das Substrat in einen Behälter mit dem Gemisch aus Haftvermittler, beispielsweise ein Lösungsmittel, und Pulver getaucht. Die Substratoberfläche wird von dem Gemisch benetzt und/oder bedeckt. Aufgrund unterschiedlicher Dichten von Pulver und Haftvermittler, beispielsweise dem Lösungsmittel, kommt es zur Sedimentation.

Das Pulver „sinkt" auf die Substratoberfläche und wird dort abgelagert. Nach dem Ablagern wird der Haftvermittler, beispielsweise das Lösungsmittel, entfernt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann eine homogene Pulverschicht erzielt werden. Die Sedimentation lässt sich durch Einstellen der Dichte des Lösungsmittels beeinflussen.

Weiterhin kann zum Fixieren ein weiterer Binder auf die Pulverschicht aufgetragen werden. Das Auftragen des weiteren Binders erfolgt beispielsweise durch Tropfen, Sprühen, Stempeln und Drucken. Der weitere Binder zeichnet sich dadurch aus, dass er die aufgebrachte Pulverschicht durchtränkt beziehungsweise sich in Zwischenräume der Pulverschicht einlagert und die Pulverschicht auf dem Substrat fixiert. Dazu kann beispielsweise ein organischer Binder verwendet werden, der nach dem Aufbringen auf die Pulverschicht thermisch und/oder optisch ausgehärtet werden kann. Weiterhin kann es beispielsweise möglich sein, als weiteren Binder Wasserglas zu verwenden. In Verbindung mit einem Halbleitersubstrat hat sich ein Silikon aufweisender

Binder als weiterer Binder besonders bewährt. Daher kann ein weiterer Binder ein Silikon aufweisender Binder oder Silikon sein.

Weiterhin kann das Aufbringen des Gemisches, das Entfernen des Haftvermittlers und/oder das Fixieren der Pulverschicht bereichsweise, also strukturiert, durchgeführt werden. Das Gemisch kann dabei auf bestimmten Bereichen der Substratoberfläche aufgebracht werden. Vorzugsweise werden aber von der aufgebrachten, lose und/oder wenig haftenden Pulverschicht bestimmte (gewünschte) Bereiche entfernt und/oder bestimmte Bereiche fixiert. Beispielsweise wird zunächst das Gemisch großflächig aufgebracht. Anschließend wird durch Entfernen des Haftvermittlers eine großflächige, lose haftende Pulverschicht erzeugt. Im weiteren Verlauf werden Bereiche der lose haftenden Pulverschicht entfernt. Die lose haftende Pulverschicht wird strukturiert. Das Entfernen der Pulverschicht erfolgt beispielsweise durch

Bürsten, Schaben oder durch Spülen mit Flüssigkeiten oder mit Gasen. Die auf der Substratoberfläche verbleibenden Bereiche der zunächst lose haftenden Pulverschicht werden fixiert. Alternativ dazu wird eine unstrukturierte, lose haftende Pulverschicht aufgebracht. Nach Entfernen des Haftvermittlers werden bestimmte Bereiche der lose haftenden Pulverschicht fixiert. Nach Entfern der restlichen lose haftenden Bereiche der Pulverschicht verbleibt eine strukturierte, fixierte Pulverschicht auf der Substratoberfläche. Bei den aufgezählten Verfahren können Masken zum Einsatz kommen. Die aufgezählten Strukturierungsmöglichkeiten können einzeln oder in Kombination miteinander durchgeführt werden.

Das Pulver kann aus einem beliebigem organischen oder anorganischen Material bestehen. Beispielsweise ist das

Pulver ein Metallpulver. Vorzugsweise wird als Pulver ein keramisches Pulver verwendet. Beispielsweise wird als keramisches Pulver ein Pulver mit einem keramischen Leuchtstoff verwendet. Keramische Leuchtstoffe können beispielsweise, wie oben beschrieben, in Konverterschichten von Konversions-LEDs eingesetzt werden.

Das Verfahren kann einmalig durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass eine einzige Pulverschicht auf der Substratoberfläche des Substrats aufgebracht wird. Denkbar ist auch, dass das gesamte Verfahren oder einzelne Verfahrensschritte mehrmals durchgeführt werden können. Im Ergebnis kann dabei beispielsweise eine mehrlagige Pulverschicht erzeugt werden. Es können etwa die Verfahrensschritte b) und c) mit unterschiedlichen Pulvern wiederholt durchgeführt werden, so dass ein Mehrschichtaufbau mit mehreren übereinander angeordneten Pulverschichten mit den unterschiedlichen Pulvern entstehen kann. Der Verfahrensschritt d) kann abschließend einmalig durchgeführt werden. Es kann somit ein einmaliges Fixieren aller aufgebrachten, lose haftenden Pulverschichten erfolgen. Es kann auch möglich sein, dass nach den Verfahrensschritten b) und c) jeweils ein Fixieren der jeweiligen lose aufgebrachten

Pulverschicht erfolgt. Es kann daher möglich sein, zusätzlich zu den Verfahrensschritten b) und c) den Verfahrensschritt d) wiederholt durchzuführen.

Als Substrat kann ein beliebiges Substrat verwendet werden. Beispielsweise ist das Substrat ein Keramiksubstrat oder ein Glassubstrat. Weiterhin kann als Substrat ein Halbleitersubstrat verwendet werden. Dabei kann das Halbleitersubstrat nur aus einem einzigen Halbleiterbauelement bestehen. Dabei kann ein

Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen aufweisen. Das Substrat kann dabei einen Wafer umfassen oder ein Wafer sein. Auf eine Wafer-Oberflache des Wafers kann die lose haftende Pulverschicht großflächig aufgebracht werden.

Insbesondere bei Verwendung eines Halbleitersubstrats mit einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen kann das Fixieren der lose haftenden Pulverschicht vor oder nach dem Vereinzeln des Wafers in einzelne Halbleiterbauelemente durchgeführt werden. Wenn das Fixieren erst nach dem Vereinzeln durchgeführt wird, kann es erforderlich sein oder ist möglicherweise dafür zu sorgen, dass eine für das Vereinzeln (z.B. durch Sägen) ausreichende Haftfestigkeit der lose haftenden Pulverschicht gewährleistet ist .

Das oben beschriebene Verfahren kann zumindest in einigen Ausführungsformen einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen:

- Mit Hilfe des Haftvermittlers kann die Pulverschicht lose haftend und damit leicht wieder entfernbar auf der Substratoberfläche des Substrats aufgebracht werden. Dies kann insbesondere im Zusammenhang mit Konversions-LEDs von Vorteil sein: Alternativ müsste nämlich ein Entfernen der Konverterschicht von der LED-Oberfläche durch thermisches Ausbrennen eines Binders der Konverterschicht durchgeführt werden. Dies kann aber bei Konversions-LEDs nicht möglich sein, da die verwendeten Binder mit geeigneten optischen

Eigenschaften, z.B. ausreichende Stabilität gegenüber der elektromagnetischen Primärstrahlung Strahlung, möglicherweise erst bei sehr hohen Temperaturen ausbrennen, und die LEDs dagegen beispielsweise nur bis maximal 400° C stabil sind.

- Mit Hilfe zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann eine Pulverschicht strukturiert auf einer Substratoberfläche eines Substrats angeordnet werden. Dies ist besonders im Zusammenhang mit der Verarbeitung von ganzen Wafern von Vorteil. Beim Herstellungsprozess können die vorhandenen Ressourcen optimal ausgenutzt werden.

- Besonders vorteilhaft kann zumindest eine Ausführungsform des Verfahrens bei dem Aufbringen von Konverterschichten auf LEDs sein: Eine Dicke der Pulverschicht lässt sich mit dem beschriebenen Verfahren sehr leicht verändern, beispielsweise durch mehrmaliges Aufbringen von Pulverschichten oder durch nachträgliches Ausdünnen der lose haftenden Pulverschicht. Durch eine änderung der Dicke der Konverterschicht kann ein Farbort (Emissionswellenlänge) der Konversions-LED einstellbar sein.

Anhand des folgenden Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren werden weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der

Erfindung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreue Abbildungen dar.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schichtaufbaus gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figuren 2A bis 2E eine schematische Darstellung eines

Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von einzelnen

Schritten eines Verfahrens gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen, und

Figuren 4A bis 4E eine schematische Darstellung eines

Verfahrens eines Schichtaufbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .

Figur 1 zeigt einen Schichtaufbau bestehend aus einem Substrat 1, auf dessen Substratoberfläche 11 eine Pulverschicht 2 aufgebracht ist. Das Substrat ist eine LED. Die Pulverschicht ist eine Konverterschicht mit einem keramischen Leuchtstoff.

Zum Anordnen der Konverterschicht auf der LED wird wie in den folgenden Figuren 2A bis 2E gezeigt vorgegangen: Es wird ein Gemisch aus dem Leuchtstoff 21 und einem bei niedriger Temperatur ausbrennenden Acrylbinder als Haftvermittler 22 hergestellt. Es resultiert eine Paste 20, die auf die

Substratoberfläche 11 des Substrats 1 gedruckt oder geräkelt wird (Figur 2A) . Nachfolgend wird der Binder 22 ausgehärtet. Es entsteht eine ausreichend fest haftende Pulverschicht, die mechanischen Beanspruchungen eventuell nachfolgender Arbeitsschritte (z.B. Vereinzeln) Stand hält.

Im Weiteren findet ein Vereinzeln in einzelne Halbleiterbauelemente 10 statt (Figur 2B) . Nach dem Trennen und Sortieren der Halbleiterbauelemente 10 wird der Binder 22 bei 300° C ausgebrannt (Figur 2C; die Temperatureinwirkung ist in angedeutet durch den Pfeil 3) . Dadurch entsteht eine lose auf dem Substrat haftende Pulverschicht 2 (Figur 2D) , die bei ungeeigneten LEDs abgebürstet oder abgespült werden kann. Bei geeigneten LEDs wird die Pulverschicht 2 zur Fixierung mit Silikon als weiterem Binder 23 getränkt (Figur 2E) . Das Silikon 23 wird auf die jeweiligen LEDs 10 aufgetropft, wie in Figur 2D angedeutet ist.

Alternativ zum in Figur 2A gezeigten großflächigen Aufbringen der Paste 20 kann diese auch wie im allgemeinen Teil beschrieben strukturiert, also bereichsweise, aufgebracht werden, wie in Figur 3A gezeigt ist. Die weiteren Verfahrensschritte können dann wie im vorangegangenen

Ausführungsbeispiel durchgeführt werden. Eine Vereinzelung des Substrats 1 in einzelne LEDs 10 kann beispielsweise nach dem Fixieren der strukturierten Pulverschicht 2 erfolgen (nicht gezeigt) .

Weiterhin kann wie in Figur 3B gezeigt die unstrukturierte, lose haftende Pulverschicht 2 bereichsweise durch Auftropfen eines weiteren Binders 23 strukturiert werden. Dabei kann beispielsweise eine Maske 4 verwendet werden. Die Bereiche der Pulverschicht 2, die nicht mit dem weiteren Binder 23 fixiert werden, können wie im allgemeinen Teil beschrieben nach Auftragen des weiteren Binders 25 entfernt werden. Alternativ dazu können diese Bereiche der Pulverschicht 2 auch vor Aufbringen des weiteren Binders 23 entfernt werden.

In den Figuren 4A bis 4E ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus mit einem Mehrschichtaufbau an Pulverschichten gezeigt. Dabei wird wie oben in Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2C beschrieben auf einer Substratoberfläche 11 ein Gemisch mit einem Pulver 21 und einem Haftvermittler 22 aufgebracht (Figur 4A) . Durch Entfernen des Haftvermittlers 22 wir eine lose Pulverschicht 2 erzeugt (Figur 4B) . Auf dieser wird wiederum ein Gemisch 24 mit einem weiteren Pulver 25 und einem weiteren Haftvermittler 26 aufgebracht (Figur 4C) . Das weitere Pulver 25 sowie der weitere Haftvermittler 26 können dabei jeweils gleich oder unterschiedlich zum Pulver 21 und zum Haftvermittler 22 sein. Durch Entfernen des weiteren Haftvermittlers 26 wird eine weitere lose Pulverschicht 5 auf der Pulverschicht 2 erzeugt. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel können auch noch weitere lose Pulverschichten erzeugt werden. Auf den Mehrschichtaufbau mit den zumindest wie im Ausführungsbeispiel gezeigten Mehrschichtaufbau aus zwei Pulverschichten 2, 5 wird wie in den oben beschriebenen Figuren 2D und 2E gezeigt ein weiterer Binder 23 aufgebracht, durch den der Mehrschichtaufbau fixiert wird (Figur 4E) . Alternativ dazu kann auch ein Fixieren durch Aufbringen des weiteren Binders 23 jeweils

nach dem Aufbringen der losen Pulverschichten 2 bzw. 5 erfolgen.