VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS MIT EINER UNTER EINWIRKUNG VON WÄRME, DRUCK UND ULTRASCHALL VERSINTERTEN

VERBINDUNGSSCHICHT

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines

optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Für die Montage von aktiven und passiven elektrisehen, optischen oder optoelektronischen Bauteilen, beispielsweise von Leuchtdiodenchips auf Substraten oder von Keramikträgern auf Platinen, sind Technologien und Materialien zur

Herstellung hochstabiler, hochwärmeleitfähiger

Verbindungsschichten nötig.

Typischerweise werden beispielsweise Leuchtdiodenchips auf Leiterrahmen oder andere Träger zumeist geklebt, was aber aufgrund der Eigenschaften der verfügbaren Klebstoffe zu relativ schwachen Verbindungen und hohen thermischen

Widerständen führen kann.

Für Hochleistungsleuchtdiodenchips mit hoher Wärmeentwicklung während des Betriebs werden Lötverfahren für die Verbindung zwischen dem Chip und einem Substrat eingesetzt. Damit sinkt der thermische Widerstand und die Festigkeit der

Verbindungsschicht steigt im Vergleich zu einer

Klebstoffschicht . Allerdings sind Lötprozesse in der Regel teurer als Klebeprozesse und die fertigen Leuchtdioden- Packages können unter Umständen nicht mehr durch Reflow-Löten verbaut werden, weil die Chiplötung wieder aufschmelzen würde . Gelötete Verbindungen zwischen einem Keramikträger und einer Metallkernplatine hingegen, wobei erstere beispielsweise einen oder mehrere Leuchtdiodenchips tragen kann, genügen gegenwärtig nicht den Zuverlässigkeitsanforderungen.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen

Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der

nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil einen Verfahrensschritt auf, bei dem zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ein Sintermaterial angeordnet wird.

Beispielsweise können das Sintermaterial auf dem ersten

Bauteil und anschließend das zweite Bauteil auf dem

Sintermaterial aufgebracht werden. Alternativ dazu kann das zweite Bauteil auf dem Sintermaterial und anschließend zusammen mit dem Sintermaterial auf dem ersten Bauteil platziert werden. Das Sintermaterial wird unter Einwirkung von Wärme, Druck und Ultraschall während einer Sinterzeit zu einer Verbindungsschicht zwischen dem ersten und zweiten Bauteil versintert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Sintermaterial Silber, Gold, Nickel und/oder Kupfer auf. Besonders bevorzugt weist das Sintermaterial Silber auf. Das Sintermaterial kann in Form von Pulverkörnern, Partikeln und/oder Flocken in einem Größenbereich von einigen Mikrometern bis zu einigen zehn Nanometern vorliegen.

Durch das Versintern des Sintermaterials wird eine Verbindung zwischen den einzelnen Partikeln des Sintermaterials rein durch ein Verbacken der Partikel in der festen Phase ohne Aufschmelzen des Sintermaterials geschlossen. Im

Sintermaterial zur besseren Verarbeitbarkeit vorhandene organische Binder, Lösungsmittel oder andere Zusatzstoffe werden durch den Sinterprozess zersetzt oder aus dem

Sintermaterial entfernt, wodurch keine organische Matrix in der durch das Versintern hergestellten Verbindungsschicht zurück bleibt. In der fertigen Verbindungsschicht sind die Partikel des Sintermaterials zu einem porösen Festkörper versintert. Die Verbindung zwischen den einzelnen Partikeln ist sehr fest und wird bei normalen Einsatztemperaturen für optoelektronische Halbleiterbauelemente unter 200°C sehr weit vom Schmelzpunkt der beschriebenen Sintermaterialien

betrieben. Beispielsweise beträgt der Schmelzpunkt von Silber 961°C. Deshalb treten bei der hier beschriebenen

Verbindungsschicht kaum Alterungseffekte auf, was die

Zuverlässigkeit der Verbindungsschicht zwischen dem ersten und dem zweien Bauteil beispielsweise im Vergleich zu

Lotwerkstoffen deutlich verbessert. Außerdem können durch die hier beschriebene Verbindungsschicht Wärmeleitfähigkeiten erreicht werden, die etwa 10 bis 100 Mal größer als die von Klebstoffen und 2 bis 5 Mal größer als die von Loten sind.

Als Sintermaterial kann beispielsweise eine

lösungsmittelhaltige Paste bereitgestellt werden, in der die zu versinternden Partikel enthalten sind. Beispielsweise weisen die Partikel eine organische Schutzhülle auf. Die lösungsmittelhaltige Paste kann auf dem ersten Bauteil aufgedruckt und anschließend durch Wärmeeinwirkung getrocknet werden, wobei durch das Trocknen beispielsweise Lösungsmittel aus der Paste ausgetrieben werden können.

Das Versintern der Partikel des Sintermaterials kann

beginnen, sobald die Partikel miteinander direkt in Kontakt treten können, also sobald die organischen Materialien zwischen den einzelnen Partikeln, beispielsweise organische Schutzhüllen um die einzelnen Partikel, die jeden Partikel individuell kapseln, zerstört beziehungsweise entfernt werden und die Partikeloberflächen in Kontakt zueinander treten können. Bei bisher bekannten Sinterprozessen zur Herstellung von Verbindungsschichten von optoelektronischen Bauelementen erfolgt dies durch eine hohe Sintertemperatur und einen hohen Druck, wobei die bekannten Sinterprozesse bis zu mehrere Stunden lang durchgeführt werden müssen. Die Sinterzeit ist insbesondere auch für so genannte drucklose Sinterprozesse sehr groß, die bei Umgebungsdruck durchgeführt werden, da hier nur über die Zuführung von Wärme ein Sintereffekt erreicht wird. Insbesondere hohe Temperaturen und hoher Druck können kritisch bei der Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen sein, beispielsweise wenn ein

Leuchtdiodenchip in ein Kunststoffgehäuse montiert wird, da der Kunststoff für typische derartige Leuchtdioden-Packages oft nur einer maximalen Temperatur von etwa 175°C ausgesetzt werden kann. Die lange Sinterzeit bekannter Sinterprozesse sorgt weiterhin für einen geringen Durchsatz und die hohen Temperaturen und der hohe Druck können auch zum Brechen beispielsweise eines Leuchtdiodenchips oder eines Substrats führen . Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird zusätzlich zur Zuführung von Wärme und Druck auch Ultraschallenergie während des Versinterns zugeführt. Hierdurch kann eine zusätzliche Belastung auf die Schutzschichten der Partikel ausgeübt werden, so dass diese schneller zerstört werden. Außerdem wird über den Ultraschall weitere Energie zum Ablaufen der Sinterprozesse zur Verfügung gestellt. Es kann daher möglich sein, dass durch den zusätzlichen Einsatz von Ultraschall die anderen Prozessparameter Temperatur, Druck und/oder

Sinterzeit abgesenkt werden können. Damit wird beispielsweise auch der Einsatz einer Verbindungsschicht aus einem

Sintermaterial in einem Kunststoffgehäuse wie etwa in einem so genannten Pre-Mold-Gehäuse möglich, die typischerweise Temperaturen von nur maximal 175°C ausgesetzt werden können. Die Bauteile des optoelektronischen Bauelements werden weiterhin aufgrund des geringeren Drucks geschont und

aufgrund der geringeren Sinterzeit kann ein höherer

Produktionsdurchsatz erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Versinterung des Sintermaterials bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 250°C, bevorzugt bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 200°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 175°C. Die Sintertemperatur kann dabei beispielsweise auch größer oder gleich 25°C sein.

Während des Versinterns kann der Druck beispielsweise mittels eines Presskopfs auf dem zweiten Bauteil zugeführt werden. Der Presskopf kann dabei einen statischen Druck auf das zweite Bauteil und damit auf zwischen dem zweiten Bauteil und dem ersten Bauteil angeordnete Sintermaterial ausüben. Der Druck, der während des Versinterns zugeführt wird, kann insbesondere kleiner oder gleich 10 MPa sein. Weiterhin kann der Druck auch deutlich niedriger liegen und beispielsweise bis zu 0 MPa betragen. Beispielsweise kann das hier

beschriebene Versintern mit Ultraschall auch als druckloser Sinterprozess bei Umgebungsdruck ohne zusätzlich

Druckeinwirkung durchgeführt werden.

Der Presskopf kann weiterhin ein Heizelement aufweisen, über das während des Sinterprozesses dem Sintermaterial Wärme zugeführt werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, dass das erste Bauteil auf einer Heizplatte angeordnet wird, über die dem Sintermaterial Wärme zugeführt werden kann. Der Presskopf kann weiterhin einen Ultraschallgeber aufweisen, über den dem Sintermaterial Ultraschallwellen zugeführt werden können. Weiterhin kann auch zusätzlich zu einem

Presskopf ein Ultraschallgeber vorhanden sein.

Die Sinterzeit kann durch die zusätzliche Zuführung von

Ultraschallenergie im Bereich von größer oder gleich 10 Millisekunden und kleiner oder gleich 60 Sekunden liegen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Bauteil ein erstes Trägerelement auf. Das erste Trägerelement kann beispielsweise ausgewählt sein aus einem Leiterrahmen, einem Kunststoffträger, einem Kunststoffgehäuse, einem

Keramikträger, einer Leiterplatte oder einer Kombination daraus. Beispielsweise kann es sich beim ersten Bauteil beziehungsweise beim ersten Trägerelement um ein

vorgefertigtes Kunststoffgehäuse, ein so genanntes Pre-Mold- Gehäuse, handeln, bei dem ein Leiterrahmen teilweise mit einem Kunststoffmaterial umformt ist. Typische

Kunststoffmaterialien sind dabei thermoplastische Kunststoffe wie beispielsweise Silikon oder Polyphthalamid . Das erste Trägerelement kann zumindest eine Kontaktfläche aufweisen, über die das zweite Bauteil mittels des

Sintermaterials beziehungsweise der Verbindungsschicht montiert wird. Im Falle, dass durch die Verbindungsschicht aus dem Sintermaterial auch ein elektrischer Anschluss erfolgen soll, weist das erste Bauteil beziehungsweise das erste Trägerelement bevorzugt einen elektrischen

Kontaktbereich auf, auf dem das Sintermaterial und darüber das zweite Bauteil platziert werden. Beispielsweise kann das Trägerelement einen Kunststoffträger , Keramikträger, eine Leiterplatte oder eine Metallkernplatine mit Leiterbahnen oder Kontaktstellen aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Bauteil ein optoelektronischer Halbleiterchip. Insbesondere kann der optoelektronische Halbleiterchip als Leuchtdiodenchip,

Laserdiodenchip oder Photodiodenchip ausgeführt sein.

Der Halbleiterchip kann je nach abgestrahlter oder zu detektierender Wellenlänge als Halbleiterschichtenfolgen auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen hergestellt werden. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x - _y As , für rote bis gelbe Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von

In _x Ga _y Ali- _x - _y P und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere im Bereich von grünem bis blauem Licht, und/oder für UV- Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x _ _y N geeignet, wobei jeweils 0 < x < 1 und 0 < y < 1 gilt.

Insbesondere kann der Halbleiterchip eine

Halbleiterschichtenfolge, besonders bevorzugt eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, aufweisen oder daraus sein. Dazu kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise

metallorgansicher Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder

Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und mit elektrischen Kontakten versehen werden. Durch Vereinzelung des Aufwachssubstrats mit der

aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge kann eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips bereitgestellt werden.

Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem

Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt oder ganz entfernt werden.

Derartige Halbleiterchips, die als Substrat ein

Trägersubstrat anstelle des Aufwachssubstrats aufweisen, können auch als so genannte Dünnfilm-Halbleiterchips

bezeichnet werden.

Ein Dünnfilm-Halbleiterchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:

an einer zu dem Trägersubstrat hin gewandten ersten

Hauptfläche einer Strahlungserzeugenden

Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten

elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20ym oder weniger, insbesondere im Bereich zwischen 4 ym und 10 ym auf; und

- die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine

Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches

Streuverhalten auf. Ein Dünnfilm-Halbleiterchip ist in guter Näherung ein

Lambert ' scher Oberflächenstrahler. Das Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der

Druckschrift I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben.

Die elektrischen Kontakte des Halbleiterchips können auf verschiedenen Seiten der Halbleiterschichtenfolge oder auch auf derselben Seite angeordnet sein. Beispielsweise kann der Halbleiterchip einen elektrischen Kontakt in Form einer sinterbaren Kontaktfläche auf einer der

Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegenden Seite des

Substrats aufweisen. Auf einer dem Substrat gegenüber

liegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge kann eine weitere Kontaktfläche, beispielsweise in Form eines so genannten Bondpads zur Kontaktierung mittels eines

Bonddrahts, ausgebildet sein. Weiterhin kann der

Halbleiterchip die elektrischen Kontaktflächen auf derselben Seite als sinterbare Kontaktflächen aufweisen und als so genannter Flip-Chip ausgebildet sein, der mit den

Kontaktflächen montierbar und elektrisch anschließbar ist.

Darüber hinaus kann ein Halbleiterchip auch zwei als Bondpads ausgebildete Kontaktflächen auf derselben Seite der

Halbleiterschichtenfolge aufweisen, während die Montageseite ohne elektrische Kontaktflächen ausgebildet ist und über das Sintermaterial nur thermisch angeschlossen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Bauteil ein optisches Bauteil. Insbesondere kann das zweite Bauteil beispielsweise eine Linse oder ein Fenster sein, das mittels des Sintermaterials mit einem Gehäuse, beispielsweise einem Kunststoffgehäuse, oder einem Substrat verbunden wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Bauteil ein zweites Trägerelement auf, das beispielsweise ein

Keramikträger oder ein Kunststoffträger sein kann. Das zweite Bauteil, das auf dem zweiten Trägerelement beispielsweise zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen kann, der beispielsweise mittels des hier beschriebenen

Verfahrens auf dem zweiten Trägerelement befestigt ist, kann selbst wieder auf einem ersten Bauteil, beispielsweise einem als Metallkernplatine oder Leiterplatte ausgeführten ersten Trägerelement aufgebracht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Herstellen der Verbindungsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ein weiteres Sintermaterial auf dem zweiten Bauteil aufgebracht. Beispielsweise kann in diesem Fall das erste Bauteil ein erstes Trägerelement aufweisen, das als

Leiterplatte oder Metallkernplatine ausgebildet ist, auf das als zweites Bauteil ein zweites Trägerelement in Form eines Keramikträgers oder eines Kunststoffträgers mittels der

Verbindungsschicht aus dem Sintermaterial befestigt und elektrisch angeschlossen ist. Auf dem weiteren Sintermaterial kann weiterhin ein weiteres Bauteil, beispielsweise

insbesondere ein optoelektronischer Halbleiterchip, platziert werden. Das weitere Sintermaterial kann durch Einwirkung von Wärme, Druck und Ultraschall zu einer weiteren

Verbindungsschicht zwischen dem zweiten Bauteil und dem weiteren Bauteil versintert werden. Der weitere Sinterschritt und das weitere Sintermaterial können dabei Merkmale

aufweisen, die oben in Verbindung mit dem Sintermaterial und dem Herstellen der Verbindungsschicht zwischen dem ersten und zweiten Bauteil beschrieben sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die unter

Einwirkung von Wärme, Druck und Ultraschall gesinterte

Verbindungsschicht nach dem Sintervorgang ohne Einwirkung von Druck und Ultraschall getempert. Das Tempern kann für einige Sekunden bis zu einigen Stunden vorzugsweise bei einer

Temperatur von größer oder gleich 100°C und kleiner oder gleich 300 °C durchgeführt werden. Der Temperschritt kann weiterhin besonders bevorzugt in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise Luft, durchgeführt werden. Durch einen zusätzlichen Temperschritt kann der Sintervorgang vorangetrieben und eine Verbesserung der Verbindung zwischen den bereits versinterten Sinterpartikeln erreicht werden, so dass die Porosität der Sinterschicht weiter abnehmen kann. Dadurch können die Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungsschicht selbst sowie auch die Festigkeit der Grenzflächen zwischen der Verbindungsschicht und angrenzenden Oberflächen, also Oberflächen des ersten und/oder des zweiten Bauteils, zunehmen. Somit kann durch den zusätzlichen

Temperschritt die Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und

Zuverlässigkeit der Verbindungsschicht weiter erhöht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Temperschritt in einem Ofen oder auf einer Heizplatte durchgeführt. Es ist auch möglich, dass ein Reflow-Lötprozess , bei dem das optoelektronische Halbleiterbauelement auf eine

Trägervorrichtung wie etwa eine Platine gelötet wird, als Temperschritt dient.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren lässt sich eine

hochstabile und hochwärmeleitfähige Verbindungsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil herstellen. Im Vergleich zu Klebstoffschichten, die bei mechanischer

Belastung reißen können, oder Lotschichten, die bei Reflow- Lötprozessen wieder aufschmelzen können, weist die hier beschriebene Verbindungsschicht aus dem Sintermaterial eine deutlich höhere Stabilität und gleichzeitig einen geringeren thermischen Widerstand auf. Letzterer ist insbesondere von Vorteil, wenn als zweites Bauteil ein

Hochleistungshalbleiterchip verwendet wird, der im Betrieb eine hohe Abwärme erzeugt, die über die Verbindungsschicht auf das erste Bauteil, beispielsweise einen Leiterrahmen und/oder ein Kunststoffgehäuse, abgeleitet werden muss.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Figuren 1A bis 1D schematische Darstellungen von

Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figuren 2A bis 2D schematische Darstellungen von

Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und

Figuren 3A bis 3C schematische Darstellungen von

Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 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 als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In Verbindung mit den Figuren 1A bis 1D ist ein

Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gezeigt.

Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt gemäß Figur 1A ein erstes Bauteil 1 bereit gestellt, das im gezeigten

Ausführungsbeispiel als Keramikträger oder als

Kunststoffgehäuse mit einem Leiterrahmen ausgeführt ist. Auf das erste Bauteil 1 wird ein Sintermaterial 3 in Form einer lösungsmittelhaltigen Paste mit Hilfe einer Rakel 32 durch eine Maske beziehungsweise Schablone 31 aufgedruckt.

Insbesondere kann es sich bei dem Bereich, in dem das

Sintermaterial 3 aufgebracht wird, um einen elektrischen Kontaktbereich, also eine Leiterbahn oder einen Teil eines Leiterrahmens handeln.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Sintermaterial 3 eine Paste mit Silberpartikeln aufgebracht. Alternativ dazu ist es auch möglich, ein anderes sinterbares Metall,

beispielsweise Gold, Kupfer, Nickel oder Mischungen aus den genannten Metallen aufzubringen.

In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 1B erfolgt eine Trocknung des Sintermaterials 3, bei dem in der aufgebrachten Paste vorhandene Lösungsmittel entfernt werden. Hierzu wird im gezeigten Ausführungsbeispiel das erste

Bauteil 1 mit dem Sintermaterial 3 auf einer Heizplatte 7 angeordnet. Alternativ dazu ist es auch möglich, das erste Bauteil 1 mit der Schicht aus dem Sintermaterial 3

beispielsweise in einem Ofen anzuordnen. Nach dem Trocknen bleibt eine getrocknete Schicht aus dem Sintermaterial 3 auf dem ersten Bauteil 1 zurück, die im Wesentlichen aus

Metallpartikeln des Sintermaterials 3 besteht. Die

Metallpartikel können dabei noch eine organische Schutzhülle aufweisen, die jeden Partikel individuell kapselt.

In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur IC wird auf das getrocknete Sintermaterial 3 ein zweites Bauteil 2 platziert. Das zweite Bauteil 2 ist im gezeigten

Ausführungsbeispiel ein optoelektronischer Halbleiterchip wie beispielsweise oben im allgemeinen Teil beschrieben ist. Das Platzieren des zweiten Bauteils 2 kann mittels eines

Presskopfes 6 erfolgen, der auch als Bondkopf einer

Die-Bonding-Maschine ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann der Presskopf Teil einer Maschine sein, die

beispielsweise auch zur Fabrikation von

Ultraschallschweißverbindungen aus Gold-Kontaktpunkten (so genannte „gold bumps" oder Gold-Gold-Verbindungen) zur

Chipmontage von so genannten Flipchips eingesetzt werden. Derartige Maschinen werden beispielsweise von Panasonic

Factory Solutions, Datacon oder TDK hergestellt.

In einem anschließenden Sinterschritt wird über den Presskopf 6 auf dem zweiten Bauteil 2 ein Druck auf das Sintermaterial 3 ausgeübt. Der Presskopf 6 ist vorzugsweise mit einem Heizelement ausgestattet, über das während eines Sinterschrittes dem Sintermaterial 3 Wärme zugeführt werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann dem Sintermaterial 3 auch mittels der Heizplatte 7 Wärme zugeführt werden. Weiterhin ist es auch möglich, das erste und zweite Bauteil 1, 2 mit der dazwischen angeordneten Schicht aus dem Sintermaterial 3 in einem Ofen anzuordnen . Weiterhin ist der Presskopf 6 vorzugsweise mit einem

Ultraschallgeber ausgestattet, so dass der Presskopf 6 dem Sintermaterial 3 während eines Sinterschritts

Ultraschallenergie zuführen kann. Durch den Ultraschall können die Sinterpartikel zusätzlich aneinander reiben, wodurch eine passivierende organische Beschichtung auf den

Partikeln leichter zerstört werden kann und der Sintervorgang früher einsetzen kann. Auch während des Sintervorgangs beschleunigt die durch Ultraschall zusätzlich zur Verfügung gestellte Energie das Fusionieren der Sinterpartikel zu einer festen Schicht. Die Verbindung zwischen den Partikeln des

Sintermaterials 3 wird geschlossen, indem die Sinterpartikel durch eine erhöhte Temperatur und durch einen vom Presskopf ausgeübten Druck zu einer massiven Schicht versintern. Durch das zusätzliche Einbringen von Ultraschall können somit die anderen Parameter Druck, Temperatur sowie Sinterzeit im

Vergleich zu Ultraschall-losen Prozessen verringert werden, so dass der Prozess schonender im Hinblick auf die Parameter Druck und Temperatur als auch wirtschaftlicher im Hinblick auf die Parameter Temperatur und Zeit wird.

Während bei Ultraschall-losen druckbehafteten Sinterprozessen typische Sinterzeiten einige 10 Sekunden bis zu einigen

Minuten betragen und die angewandten Temperaturen in der Regel im Bereich von 250°C und der eingebrachte Druck bis zu 50 MPa betragen kann, können durch das zusätzliche Einbringen von Ultraschall die typischen Sintertemperaturen größer oder gleich 25°C und kleiner oder gleich 250°C sein, bevorzugt kleiner oder gleich 200°C und besonders bevorzugt kleiner gleich 175°C. Als Druck kann beim hier beschriebenen

Verfahren ein Druck zwischen 0 MPa bis zu 10 MPa zusammen mit den genannten Sintertemperaturen und der

Ultraschalleinkopplung zu Zykluszeiten, also Sinterzeiten, von 10 Millisekunden bis zu 60 Sekunden führen.

Im Vergleich hierzu werden bei herkömmlichen drucklosen

Sinterprozessen, bei denen beispielsweise eine Sinterpaste durch Stempeln oder Dispensen auf ein Substrat aufgebracht werden kann und ein Halbleiterchip ohne Vortrocknen durch einen nicht beheizbaren Bondkopf direkt auf die nasse Paste gesetzt werden kann, so dass ein Trocken- und Sinterschritt in einem fließenden Übergang auf einer Heizplatte oder in einem Ofen erfolgen, die Sinterzeit bis zu eine Stunde bei einer Sintertemperatur von 200°C bis 250°C betragen. Da im Sintermaterial vorhandene Lösungsmittel in der Trockenphase unter dem Halbleiterchip hervorkommen müssen, ist dieses herkömmliche Verfahren weiterhin auch nur für kleine

Verbindungsflächen anwendbar.

Durch den Sinterprozess wird, wie in Figur 1D gezeigt ist, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 mit dem zweiten Bauteil 2 auf dem ersten Bauteil 1 hergestellt, wobei das zweite Bauteil 2 vermittels der Verbindungsschicht 30 aus dem versinterten Sintermaterial 3 auf dem ersten Bauteil 1 montiert und an dieses thermisch und elektrisch angeschlossen ist. Die Verbindungsschicht 30 ist im Vergleich zu Klebstoff- oder Lotschichten deutlich stabiler und weist weiterhin eine größere Wärmeleitfähigkeit auf.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem ein optoelektronischer Halbleiterchip als zweites Bauteil 2 auf ein als Kunststoffgehäuse oder Keramikträger ausgebildetes erstes Bauteil 1 aufgebracht wird, ist es auch möglich, als zweites Bauteil 2 beispielsweise eine Linse oder ein Fenster, also ein optisches Bauteil, beispielsweise auf ein als

Gehäuse oder ein anderes Substrat ausgeführtes erstes Bauteil 1 aufzubringen und an diesem zu befestigen.

In Verbindung mit den Figuren 2A bis 2D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 12 gezeigt. In ersten

Verfahrensschritten gemäß der Figuren 2A und 2B wird wie in Verbindung mit den Figuren 1A und 1B beschrieben eine Schicht aus einem Sintermaterial 3 auf ein erstes Bauteil 1

aufgedruckt und getrocknet.

Das erste Bauteil 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein erstes Trägerelement auf, das als Leiterplatte oder

Metallkernplatine ausgebildet ist. Auf dieses wird in einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 2C ein zweites Bauteil 2 platziert, das ein zweites Trägerelement 20 in Form eines Keramikträgers aufweist, auf dem optoelektronische

Halbleiterchips 21 bereits vormontiert sind. Ein Versintern der Schicht aus dem Sintermaterial 3 und damit die

Befestigung des zweiten Bauteils 2 am erste Bauteil 1 erfolgt wie in Verbindung mit den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Zum Schutz der bereits vormontierten

optoelektronischen Halbleiterchips 21 auf dem zweiten Trägerelement 20 weist der verwendete Presskopf 6 dabei entsprechende Aussparungen auf.

In Figur 2D ist das fertige optoelektronische

Halbleiterbauelement 12 direkt nach dem Versintern gezeigt, bei dem das zweite Bauteil über die versinterte

Verbindungsschicht 30 am ersten Bauteil 1 befestigt ist.

In Verbindung mit den Figuren 3A bis 3C ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen

Halbleiterbauelements 13 gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem gemäß der in den

vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren ein zweites Bauteil 2, das hier nun nur ein zweites Trägerelement 20 aus einem Keramikträger aufweist, mittels einer

Verbindungsschicht 30 aus einem versinterten Sintermaterial 3 auf einem ersten Trägerelement eines ersten Bauteils 1, das als Metallkernplatine ausgebildet ist, befestigt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 3B wird auf dem zweiten Bauteil 2 ein weiteres Sintermaterial 5 und auf dem bereichsweise angeordneten weiteren Sintermaterial 5 jeweils ein als optoelektronischer Halbleiterchip 21

ausgebildetes weiteres Bauteil aufgebracht. Mittels eines entsprechenden Presskopfes 6 und den vorab beschriebenen Sinterprozessparametern wird das weitere Sintermaterial 5 jeweils zu einer weiteren Verbindungsschicht 50 zwischen den weiteren Bauteilen und dem zweiten Bauteil 2 ausgebildet, wie in Figur 3C gezeigt ist.

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Verfahren und deren Merkmale sind zusätzlich auch miteinander und mit Merkmalen und Ausführungsformen aus dem allgemeinen Teil kombinierbar .

Weiterhin kann bei den Verfahren gemäß der beschriebenen Ausführungsbeispiele die jeweilige unter Einwirkung von

Wärme, Druck und Ultraschall gesinterte Verbindungsschicht nach dem Sintervorgang ohne Einwirkung von Druck und

Ultraschall getempert. Das Tempern kann für einige Sekunden bis zu einigen Stunden vorzugsweise bei einer Temperatur von größer oder gleich 100°C und kleiner oder gleich 300°C durchgeführt werden. Der Temperschritt kann weiterhin

besonders bevorzugt in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise Luft, durchgeführt werden. Durch einen

zusätzlichen Temperschritt kann der Sintervorgang

vorangetrieben werden und damit eine Verbesserung der

Verbindung zwischen den bereits versinterten Sinterpartikeln erreicht werden, so dass die Porosität der Sinterschicht weiter abnehmen kann. Dadurch kann die Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungsschicht selbst sowie auch die Festigkeit der Grenzflächen zwischen der

Verbindungsschicht und angrenzenden Oberflächen, also

Oberflächen des jeweiligen ersten und/oder zweiten Bauteils, zunehmen. Somit kann durch den zusätzlichen Temperschritt die Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Zuverlässigkeit der

Verbindungsschicht weiter erhöht werden. Der Temperschritt kann in einem Ofen oder auf einer Heizplatte durchgeführt werden. Es ist auch möglich, dass ein Reflow-Lötprozess , bei dem das optoelektronische Halbleiterbauelement auf eine

Trägervorrichtung wie etwa eine Platine gelötet wird, als Temperschritt dient.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.