DE102017122111B4

DE102017122111B4 - Elektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102017122111B4
Application number: DE102017122111.5A
Authority: DE
Inventors: Ivar Tångring; Thomas Schlereth
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: WO2019057830A1; US11094689B2; DE102017122111A1; US20200286881A1

Abstract

Elektronisches Bauteil mit
- einer ersten Kontaktstelle (11) zur n-seitigen Kontaktierung,
- einer zweiten Kontaktstelle (12) zur p-seitigen Kontaktierung,
- einen Grundkörper (4)
- einer ersten Anschlussstelle (31) und einer zweiten Anschlussstelle (32), und
- einer Schutzdiode (20), die zur ersten Kontaktstelle (11) und zur zweiten Kontaktstelle (12) antiparallel verschaltet ist, wobei
- die Schutzdiode (20) eine erste Diodenstruktur (21) umfasst, die p-leitend ist,
- die Schutzdiode (20) eine zweite Diodenstruktur (22) umfasst, die n-leitend ist,
- die erste Diodenstruktur (21) als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der ersten Kontaktstelle (11) in einem ersten Überlappungsbereich (71) überlappt,
- die zweite Diodenstruktur (22) als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der zweiten Kontaktstelle (12) in einem zweiten Überlappungsbereich (72) überlappt,
- die erste Diodenstruktur (21) und die zweite Diodenstruktur (22) in einem dritten Überlappungsbereich (73) miteinander überlappen,
- die Diodenstrukturen (21, 22) an der Außenfläche des Grundkörpers (4) angeordnet sind und dort mit dem Grundkörper (4) in direktem Kontakt stehen,
- die erste Kontaktstelle (11) und die erste Diodenstruktur (21) im ersten Überlappungsbereich (71) in direktem Kontakt miteinander stehen,
- die zweite Kontaktstelle (12) und die zweite Diodenstruktur (22) im zweiten Überlappungsbereich (72) in direktem Kontakt miteinander stehen,
- die erste Anschlussstelle (31) in direktem Kontakt mit der ersten Kontaktstelle (11) und der ersten Diodenstruktur (21) steht,
- die erste Diodenstruktur (21) stellenweise zwischen der ersten Anschlussstelle (31) und der ersten Kontaktstelle (11) angeordnet ist,
- die zweite Anschlussstelle (32) in direktem Kontakt mit der zweiten Kontaktstelle (12) und der zweiten Diodenstruktur (22) steht,
- die zweite Diodenstruktur (22) stellenweise zwischen der zweiten Anschlussstelle (32) und der zweiten Kontaktstelle (12) angeordnet ist,
- die erste Diodenstruktur (21) eine Dicke von höchstens 1 µm aufweist und die zweite Diodenstruktur (22) eine Dicke von höchstens 1 µm aufweist,
- die erste und zweite Diodenstruktur (21, 22) jeweils wesentlich dünner als die Kontaktstellen (11, 12) ausgebildet sind,
- der Grundkörper (4) ein Halbleiterchip (5) ist und der Halbleiterchip (5) ein Flip-Chip ist,
- die beiden Diodenstrukturen (21, 22) durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind,
- die erste Diodenstruktur (21) gesputtert ist, und
- die zweite Diodenstruktur (22) durch Aufdampfen und Tempern hergestellt ist.

Description

Es wird ein elektronisches Bauteil angegeben.
Die Druckschriften DE 10 2015 111 485 A1 und US 2011 / 0 089 542 A1 beschreiben jeweils elektronische Bauteile.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Bauteil anzugeben, das besonders kompakt ausgebildet werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Bauteil gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bei dem elektronischen Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterchip handeln. Ferner kann es sich bei dem elektronischen Bauteil um ein Bauteil mit einem oder mehreren Halbleiterchips handeln. Insbesondere kann es sich bei dem elektronischen Bauteil auch um ein optoelektronisches Bauteil handeln, welches zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip umfasst oder aus zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip besteht. Beispielsweise kann es sich bei dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip um einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip wie beispielsweise einen Leuchtdiodenchip und/oder einen Laserdiodenchip handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip um einen strahlungsempfangenden Chip wie beispielsweise einen Fotodiodenchip handeln.
Das elektronische Bauteil umfasst eine erste Kontaktstelle zur n-seitigen Kontaktierung und eine zweite Kontaktstelle zur p-seitigen Kontaktierung. Durch die Kontaktierung der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle kann das elektronische Bauteil betrieben werden. Dabei ist es möglich, dass die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle zur direkten Kontaktierung von außen vorgesehen sind. Alternativ ist es möglich, dass das elektronische Bauteil über Anschlussstellen kontaktiert wird, die elektrisch leitend mit den Kontaktstellen verbunden sind.
Die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle sind mit einem elektrisch leitenden Material, insbesondere mit einem metallischen Material, gebildet. Beispielsweise umfassen die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle zumindest eines der folgenden Metalle: Kupfer, Gold, Platin, Nickel.
Die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle sind an einer Außenseite des elektronischen Bauteils angeordnet und dort zumindest stellenweise zum elektrisch leitenden Verbinden zugänglich. Beispielsweise sind die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle jeweils als Schicht ausgebildet, die im Rahmen der Herstellungstoleranz eine gleichmäßige Dicke aufweist. Die Dicke der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Kontaktstellen, beträgt beispielsweise wenigstens 2 µm oder wenigstens 10 um, insbesondere wenigstens 60 µm.
Das elektronische Bauteil umfasst eine Schutzdiode, die zur ersten Kontaktstelle und zur zweiten Kontaktstelle antiparallel verschaltet ist. Bei der Schutzdiode handelt es sich um eine Diode, die zum Schutz des Bauteils gegen elektrostatische Entladungen (ESD - electro static discharge) eingerichtet ist. Bei der Schutzdiode kann es sich beispielsweise um eine echte Diode handeln, die eine hohe Durchbruchspannung von beispielsweise größer 50 V, insbesondere von größer 100 V aufweist. Ferner kann es sich bei der Schutzdiode um eine Zenerdiode handeln, die eine Zenerspannung aufweist, die beispielsweise 10 V, 20 V, 40 V oder mehr beträgt. Die Zenerspannung ist mit Vorteil besonders genau einstellbar.
Die Schutzdiode ist zur ersten Kontaktstelle und zur zweiten Kontaktstelle antiparallel verschaltet. Das heißt, die Schutzdiode ist dazu eingerichtet, einen ESD-Schutz für das elektronische Bauteil zu bilden.
Die Schutzdiode umfasst eine erste Diodenstruktur, die p-leitend ist, und eine zweite Diodenstruktur, die n-leitend ist. Das heißt, die Diodenstrukturen der Schutzdiode sind beispielsweise mit einem Grundmaterial gebildet, welches entsprechend dotiert ist, um eine erste, p-leitende Diodenstruktur und eine zweite, n-leitende Diodenstruktur zu bilden.
Die erste Diodenstruktur ist als Schicht ausgebildet, die stellenweise mit der ersten Kontaktstelle in einem ersten Überlappungsbereich überlappt. Dass die erste Diodenstruktur als Schicht ausgebildet ist, heißt dabei beispielsweise, dass die Diodenstruktur eine Dicke, zum Beispiel quer oder senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene, aufweist, die klein ist gegen ihre Erstreckung in lateralen Richtungen, zum Beispiel parallel zur Haupterstreckungsebene der Diodenstruktur. Die erste Diodenstruktur überlappt mit der ersten Kontaktstelle. Beispielsweise ist die erste Diodenstruktur direkt oder indirekt mit der ersten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Sie überdeckt die erste Kontaktstelle im ersten Überlappungsbereich stellenweise oder vollständig.
Die zweite Diodenstruktur ist als Schicht ausgebildet, die stellenweise mit der zweiten Kontaktstelle in einem zweiten Überlappungsbereich überlappt. Dass die zweite Diodenstruktur als Schicht ausgebildet ist, heißt dabei beispielsweise, dass die Diodenstruktur eine Dicke, zum Beispiel quer oder senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene aufweist, die klein ist gegen ihre Erstreckung in lateralen Richtungen, zum Beispiel parallel zur Haupterstreckungsebene der Diodenstruktur. Die zweite Diodenstruktur überlappt mit der zweiten Kontaktstelle. Beispielsweise ist die zweite Diodenstruktur direkt oder indirekt mit der zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Sie überdeckt die zweite Kontaktstelle im zweiten Überlappungsbereich stellenweise oder vollständig.
Das elektronische Bauteil umfasst einen dritten Überlappungsbereich, in dem die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur miteinander überlappen. Beispielsweise ist es möglich, dass die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur im dritten Überlappungsbereich direkt oder indirekt elektrisch leitend miteinander verbunden sind und sich stellenweise überdecken. Auf diese Weise kann sich beispielsweise an der Schnittstelle zwischen der ersten Diodenstruktur und der zweiten Diodenstruktur im Überlappungsbereich ein pn-Übergang ausbilden, welcher die Diodeneigenschaften der Schutzdiode bestimmt.
Es wird ein elektronisches Bauteil angegeben mit

- einer ersten Kontaktstelle zur n-seitigen Kontaktierung,
- einer zweiten Kontaktstelle zur p-seitigen Kontaktierung, und
- einer Schutzdiode, die zur ersten Kontaktstelle und zur zweiten Kontaktstelle antiparallel verschaltet ist, wobei
- die Schutzdiode eine erste Diodenstruktur umfasst, die p-leitend ist,
- die Schutzdiode eine zweite Diodenstruktur umfasst, die n-leitend ist,
- die erste Diodenstruktur als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der ersten Kontaktstelle in einem ersten Überlappungsbereich überlappt,
- die zweite Diodenstruktur als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der zweiten Kontaktstelle in einem zweiten Überlappungsbereich überlappt, und
- die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur in einem dritten Überlappungsbereich miteinander überlappen.

Dem hier beschriebenen elektronischen Bauteil liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Es ist möglich, einen ESD-Schutz für ein elektronisches Bauteil wie beispielsweise einen Halbleiterchip oder ein Bauelement wie eine Hochleistungsleuchtdiode durch einen dafür vorgesehenen ESD-Chip zu bilden, der zum elektronischen Bauteil antiparallel geschaltet ist. Ein solcher ESD-Chip muss jedoch in aufwendiger Weise elektrisch leitend mit dem Bauteil verbunden werden und nimmt viel Platz ein. Darüber hinaus ist ein solcher ESD-Chip oftmals strahlungsabsorbierend, was im Einsatz in optoelektronischen Bauteilen zu Problemen führen kann. Insbesondere bei Bauteilen, die durch sogenannte chip size packages (CSP) gebildet sind, bei denen die Größe, insbesondere das Volumen, des Bauteils durch die Größe des dort verbauten Halbleiterchips bestimmt wird, gibt es oftmals keinen Platz für einen ESD-Chip, sodass dieser beispielsweise zusätzlich auf einer Leiterplatte aufgebracht werden muss.
Eine Schutzdiode, die als Schicht ausgebildet ist, welche mit Kontaktstellen des elektronischen Bauteils überlappt, kann besonders platzsparend ausgeführt werden. Dadurch erhöht sich aufgrund der Schutzdiode das Volumen des Bauteils kaum.
Darüber hinaus kann die Herstellung einer solchen Schutzdiode direkt auf den übrigen Komponenten des elektronischen Bauteils erfolgen, sodass die übrigen Herstellungsprozesse zur Herstellung des elektronischen Bauteils nicht verändert werden müssen. Ferner ist die Schutzdiode insbesondere an einer Außenseite des Bauteils mit den Kontaktstellen des Bauteils verschaltet, sodass - anders als bei einer Integration der Schutzdiode in das Innere des Bauteils - beispielsweise keine aktive Fläche des Halbleiterchips des Bauteils zur Bildung der Schutzdiode verwendet werden muss.
Die erste Diodenstruktur eine Dicke von höchstens 1 µm auf und die zweite Diodenstruktur weist eine Dicke von höchstens 1 µm auf. Das heißt, insgesamt weist die Schutzdiode eine Dicke, gemessen beispielsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Schutzdiode, auf, die höchstens 2 µm, insbesondere höchstens 1 µm beträgt. Das heißt, auch im Vergleich zu den Kontaktstellen, die beispielsweise eine Dicke von zirka 60 µm aufweisen kann, ist die Schutzdiode extrem dünn ausgebildet, sodass sie das Volumen des elektronischen Bauteils nicht merklich vergrößert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Bauteils weisen die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur jeweils das gleiche Grundmaterial auf, wobei das Grundmaterial polykristallin oder amorph ist. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass eine besonders dünne Schutzdiode insbesondere mit einem nicht-kristallinen Material gebildet werden kann. Das heißt, eine Schutzdiode, bei der die Diodenstrukturen durch das gleiche Grundmaterial gebildet sind, welches polykristallin oder amorph ist, kann besonders dünn ausgebildet werden. Dabei unterscheiden sich die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur durch die Dotierung des Grundmaterials voneinander. Ferner kann ein solches Grundmaterial für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Licht, durchlässig sein. Auf diese Weise sind störende Absorptionen, die insbesondere die Effizienz eines optoelektronischen Bauteils verringern können, vermieden.
Die erste Diodenstruktur ist durch Sputtern hergestellt. Das heißt, das Grundmaterial wird beispielsweise direkt am Zielort an der Außenfläche des elektronischen Bauteils durch Sputtern aufgebracht. Eine Dotierung des Grundmaterials kann dabei während oder nach dem Aufbringen erfolgen. Dass das Grundmaterial durch Sputtern aufgebracht ist, kann beispielsweise durch in der Halbleitertechnik übliche Analysemethoden, beispielsweise durch Elektronentunnelmikroskopie, anhand der Kristallstruktur der aufgebrachten Diodenstruktur nachgewiesen werden. Bei dem Merkmal, wonach zumindest eine der Diodenstrukturen durch Sputtern erzeugt ist, handelt es sich daher um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen Produkt nachweisbar ist.
Die zweite Diodenstruktur ist durch Aufdampfen und anschließendes Tempern hergestellt. Auch diese Herstellungsmethode ist durch Analysenmethoden der Halbleitertechnik nachweisbar, sodass es sich auch hier um ein gegenständliches Merkmal handelt, das am fertigen Produkt nachweisbar ist. Insbesondere ist es möglich, dass die beiden Diodenstrukturen durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind. So kann beispielsweise die erste Diodenstruktur gesputtert sein und die zweite Diodenstruktur kann durch Aufdampfen und Tempern hergestellt werden. Ferner können die Herstellungsverfahren auch während der Herstellung einer Diodenstruktur variiert werden.
Die Herstellung einer Diodenstruktur durch Sputtern erfolgt insbesondere bei einer Temperatur von wenigstens 250 °C, insbesondere von wenigstens 300 °C, um die gewünschte beispielsweise polykristalline Struktur zu erreichen und die Dotierstoffe im Grundmaterial zu aktivieren. Für den Fall, dass diese Temperatur für die übrigen Komponenten des elektronischen Bauteils zu groß ist - wenn das Bauteil beispielsweise ein organisches oder ein polymeres Material umfasst - kann eine Herstellung der Diodenstruktur insbesondere durch Aufdampfen und anschließendes Tempern erfolgen. Das Tempern kann beispielsweise durch örtlich und zeitlich begrenzte Laserpulse erfolgen, wodurch lokal Temperaturen von höchstens 150 °C auftreten.
Insbesondere handelt es sich bei der Schutzdiode vorliegend nicht um ein gesondert gefertigtes Bauelement, sondern die Schutzdiode ist im elektronischen Bauteil an dessen Außenfläche erzeugt. Zum Beispiel ist die Schutzdiode an der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle erzeugt. Daher ist es nicht notwendig, für die Schutzdiode eine extra dafür hergerichtete Anschlussstelle, die beispielsweise planarisiert ist, vorzusehen. Vielmehr kann die Schutzdiode dem Verlauf der Oberfläche folgen, auf der sie aufgebracht wird. Aufgrund der geringen Dicke der Schutzdiode ist auch eine Weiterverarbeitung des elektronischen Bauteils durch die Schutzdiode nicht eingeschränkt. Die Schutzdiode kann damit insbesondere in das Bauteil integriert sein. Die Schutzdiode ist damit nicht zerstörungsfrei aus dem Bauteil lösbar. Das heißt, beim Entfernen der Schutzdiode aus dem Bauteil wird zumindest die Schutzdiode zerstört. Dies sorgt für einen besonders sicheren Halt der Schutzdiode im Bauteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Bauteils sind die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur jeweils durch das gleiche Grundmaterial gebildet, wobei das Grundmaterial zumindest eines der folgenden Materialien umfasst: Silizium, ZnO, ITO, IZO. Diese Materialien haben sich als besonders geeignet zur Bildung einer dünnen Diodenstruktur und damit zur Bildung einer dünnen Schutzdiode herausgestellt. Darüber hinaus sind diese Materialien zumindest zum Teil im Bereich von sichtbarem Licht durchlässig, sodass sie sich besonders gut für den Einsatz in einem optoelektronischen Bauteil eignen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Bauteils umfasst das Bauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Erzeugung oder zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei die Schutzdiode für die elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Zum Beispiel handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip. Die Schutzdiode kann für die elektromagnetische Strahlung, insbesondere für sichtbares Licht, transparent sein. Das heißt, durch die Schutzdiode wird kaum oder gar keine der erzeugten oder zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung absorbiert. Das hier beschriebene Bauteil kann daher besonders effizient betrieben werden.
Die erste Kontaktstelle und die erste Diodenstruktur stehen im ersten Überlappungsbereich in direktem Kontakt miteinander, die zweite Kontaktstelle und die zweite Diodenstruktur stehen im zweiten Überlappungsbereich in direktem Kontakt miteinander. Insbesondere stehen im dritten Überlappungsbereich stehen die erste Diodenstruktur und die zweite Diodenstruktur in direktem Kontakt miteinander. Mit anderen Worten, ist die Schutzdiode in diesem Fall direkt auf die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle aufgebracht. Ferner ist zwischen den beiden Diodenstrukturen kein weiteres Material angeordnet. Auf diese Weise kann eine besonders dünne Schutzdiode direkt an der Außenfläche des Bauteils erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Bauteils weist zumindest einer der Überlappungsbereiche eine Fläche von wenigstens 100 µm² auf. Insbesondere weist jeder der Überlappungsbereiche eine Fläche von wenigstens 100 µm² auf. Beispielsweise beträgt die Fläche des Überlappungsbereichs zwischen wenigstens 100 µm² und höchstens 1000 µm². Durch so große Überlappungsbereiche zwischen den Diodenstrukturen und den Kontaktstellen beziehungsweise den Diodenstrukturen untereinander ist es möglich, eine Schutzdiode zu bilden, die eine hohe Durchbruchspannung aufweist und die in einem guten ohmschen Kontakt zu den Kontaktstellen steht.
Das elektronische Bauteil umfasst eine erste Anschlussstelle, die in direktem Kontakt mit der ersten Kontaktstelle und der ersten Diodenstruktur steht, wobei die erste Diodenstruktur stellenweise zwischen der ersten Anschlussstelle und der ersten Kontaktstelle angeordnet ist. Über eine solche Anschlussstelle ist es möglich, das elektronische Bauteil von außen zu kontaktieren. Beispielsweise kann die Anschlussstelle dazu eingerichtet sein, über Löten am Bestimmungsort des Bauteils kontaktiert zu werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Bauteils ist die erste Anschlussstelle galvanisch auf der ersten Kontaktstelle und der ersten Diodenstruktur erzeugt. Das heißt, die erste Diodenstruktur ist zwischen der ersten Kontaktstelle und der ersten Anschlussstelle beispielsweise in einem Anschlusspin des elektronischen Bauteils integriert. Die erste Diodenstruktur kann dabei beispielsweise galvanisch mit Material der ersten Anschlussstelle umwachsen sein.
Das elektronische Bauteil umfasst eine zweite Anschlussstelle, die in direktem Kontakt mit der zweiten Kontaktstelle und der zweiten Diodenstruktur steht, wobei die zweite Diodenstruktur stellenweise zwischen der zweiten Anschlussstelle und der zweiten Kontaktstelle angeordnet ist. In gleicher Weise wie die erste Anschlussstelle kann auch die zweite Anschlussstelle galvanisch auf der zweiten Kontaktstelle und der zweiten Diodenstruktur erzeugt sein.
Das elektronische Bauteil umfasst einen Grundkörper, der zumindest eines der folgenden Materialien oder Elemente umfasst: Metall, Halbleiter, Kunststoff, Keramik, Halbleiterchip. Anspruchsgemäß umfasst der Grundkörper einen Halbleiterchip. Die Kontaktstellen des elektronischen Bauteils sind an einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnet. In gleicher Weise sind die Diodenstrukturen an der Außenfläche des Grundkörpers angeordnet und stehen dort mit dem Grundkörper in direktem Kontakt.
Bei dem Grundkörper handelt es sich um einen Halbleiterchip, der beide Kontaktstellen an einer Seite aufweist. Ein solcher Halbleiterchip ist ein Flip-Chip. Die Schutzdiode ist dann mit den Kontaktstellen des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden und befindet sich stellenweise in direktem Kontakt mit dem Material des Halbleiterchips. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, dass der Grundkörper der Grundkörper eines Gehäuses für zumindest einen Halbleiterchip oder der Grundkörper eines Anschlussträgers, zum Beispiel einer Leiterplatte für zumindest einen Halbleiterchip, ist. In diesem Fall kann der Grundkörper beispielsweise durch ein Metall, ein Halbleitermaterial, einen Kunststoff, eine Keramik oder ein anderes geeignetes Material gebildet sein.
Im Folgenden wird das hier beschriebene elektronische Bauteil anhand von Beispielen und Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B zeigen Beispiele und Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen elektronischen Bauteilen anhand schematischer Darstellungen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Beispiels eines elektronischen Bauteils. Bei dem elektronischen Bauteil handelt es sich beispielsweise um einen optoelektronischen Halbleiterchip, zum Beispiel einen Leuchtdiodenchip. Das elektronische Bauteil umfasst einen Grundkörper 4. Der Grundkörper 4 ist beispielsweise durch ein Halbleitermaterial gebildet und bildet den Halbleiterkörper eines optoelektronischen Halbleiterchips. An der Oberseite des Grundkörpers 4 sind die ersten Kontaktstellen 11 und die zweiten Kontaktstellen 12 angeordnet, die beispielsweise durch eine Metallisierung gebildet sind. Auf die erste Kontaktstelle und den Grundkörper 4 ist die erste Diodenstruktur 21 aufgebracht. Auf die erste Diodenstruktur 21, den Grundkörper 4 und die zweite Kontaktstelle 12 ist die zweite Diodenstruktur 22 aufgebracht.
In einem ersten Überlappungsbereich 71 überlappt die erste Diodenstruktur 21 mit der ersten Kontaktstelle 11. In einem zweiten Überlappungsbereich 72 überlappt die zweite Diodenstruktur 22 mit der zweiten Kontaktstelle 12. Im dritten Überlappungsbereich 73 überlappen die erste Diodenstruktur 21 und die zweite Diodenstruktur 22.
Die Überlappungsbereiche 71, 72, 73 weisen jeweils einen Flächeninhalt auf, der wenigstens 100 µm² beträgt.
Die Diodenstrukturen 21, 22 bilden zusammen die Schutzdiode 20. Die Diodenstrukturen 21, 22 weisen jeweils eine Dicke von höchstens 1 µm auf, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Deckfläche des Grundkörpers 4. Die Diodenstrukturen 21, 22 sind beispielsweise jeweils mit einem amorphen Grundmaterial wie beispielsweise amorphem Silizium oder mit einem polykristallinen Grundmaterial wie polykristallines Silizium gebildet.
Bei der ersten Kontaktstelle 11 handelt es sich um eine Kontaktstelle zur n-seitigen Kontaktierung, die elektrisch leitend mit der p-leitenden ersten Diodenstruktur 21 verbunden ist. Bei der zweiten Kontaktstelle 12 handelt es sich um eine Kontaktstelle zur p-seitigen Kontaktierung, die elektrisch leitend mit der n-leitenden zweiten Diodenstruktur 22 verbunden ist. Auf diese Weise ist die Schutzdiode 20 antiparallel zu den beiden Kontaktstellen verschaltet.
In den Überlappungsbereichen 71, 72, 73 stehen die Diodenstrukturen 21, 22 mit der jeweils zugeordneten Kontaktstelle 11, 12 sowie untereinander in direktem Kontakt. Ferner stehen beide Diodenstrukturen 21, 22 in direktem Kontakt mit dem Grundkörper 4. Insgesamt handelt es sich bei dem elektronischen Bauteil gemäß dem Beispiel der 1A beispielsweise um einen Flip-Chip, zu dessen Kontaktstellen die Schutzdiode 20 antiparallel geschaltet ist. Die erste Kontaktstelle 11 und die zweite Kontaktstelle 12 weisen beim Beispiel der 1A beispielsweise eine Dicke zwischen 2 und 10 µm auf.
Das Aufbringen der Diodenstrukturen 21, 22 erfolgt beispielsweise jeweils über eine Fotomaske. Beispielsweise wird über die Fotomaske zunächst die erste Kontaktstelle 11 zur n-seitigen Kontaktierung freigelegt. Die erste Kontaktstelle 11 ist beispielsweise mit Gold und/oder Nickel gebildet. Anschließend wird die erste Diodenstruktur 21 beispielsweise über Sputtern abgeschieden. Bei der ersten Diodenstruktur 21 handelt es sich dann um einen p-dotierten polykristallinen Halbleiter wie beispielsweise Silizium.
Anschließend wird die Fotomaske entfernt und es wird eine zweite Fotomaske aufgebracht um in gleicher Weise die zweite Kontaktstelle 12 freizulegen und die zweite Diodenstruktur 22, bei der es sich beispielsweise um n-dotiertes polykristallines Silizium handeln kann, aufzubringen.
Anschließend wird die zweite Fotomaske entfernt und das elektronische Bauteil kann weiterverarbeitet werden. Optional ist es möglich, dass eine nicht benetzende Beschichtung auf die Außenfläche der Schutzdiode 20 aufgebracht wird, die beispielsweise für ein Lotmaterial nicht benetzende Eigenschaften aufweist. Diese Schicht kann beispielsweise mit einem Polytetrafluorethylen, wie zum Beispiel Teflon, gebildet sein.
In Verbindung mit der 1B ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen elektronischen Bauteils näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird auf die erste Kontaktstelle 11 eine erste Anschlussstelle 31 beispielsweise galvanisch aufgebracht, sodass sich die erste Diodenstruktur 21 zwischen der ersten Kontaktstelle 11 und der ersten Anschlussstelle 31 befindet und mit beiden in direktem Kontakt steht. In gleicher Weise kann eine zweite Anschlussstelle 32 auf die zweite Kontaktstelle 12 aufgebracht werden. Auf diese Weise können dicke Anschlussstellen prozessiert werden.
In Verbindung mit den 2A und 2B sind zu dem Beispiel und Ausführungsbeispiel der 1A und 1B entsprechende elektronische Bauteile beschrieben, bei denen die erste Kontaktstelle 11 und die zweite Kontaktstelle 12 bereits dicker ausgebildet sind und zum Beispiel eine Dicke von 50 µm oder mehr aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, dass die Schutzdiode 20 im Bereich zwischen den Kontaktstellen 11 und 12 dicker als 1 µm ausgebildet ist. Insbesondere überragt die Schutzdiode 20 im Bereich zwischen den Kontaktstellen 11, 12 die beiden Kontaktstellen in dem Beispiel und Ausführungsbeispiele jedoch nicht.
In Verbindung mit den 3A und 3B ist anhand schematischer Darstellungen ein weiteres Beispiel eines elektronischen Bauteils näher erläutert. Die 3B zeigt dabei eine Schnittdarstellung längs und parallel zur Schnittlinie S. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem elektronischen Bauteil um einen Halbleiterchip 5, der auf einem Keramikträger angeordnet ist. Das heißt, der Grundkörper 4 ist beispielsweise mit einem keramischen Material gebildet. An der Oberseite des Grundkörpers 4 befinden sich die erste Kontaktstelle 11 und die zweite Kontaktstelle 12. Die beiden Kontaktstellen 11, 12 sind mit zugeordneten Diodenstrukturen 21, 22, die gemeinsam die Schutzdiode 20 bilden, verbunden, wobei die Schutzdiode 20 antiparallel in Kontaktstellen 11, 12 verschaltet ist. Der Halbleiterchip 5 kann beispielsweise ein Flip-Chip sein oder er ist beispielsweise n-seitig mit der ersten Kontaktstelle 11 verbunden und über einen Bonddraht an die zweite Kontaktstelle 12 angeschlossen. Die Schutzdiode 20 ist dann antiparallel zum Chip 5 geschaltet. Das elektronische Bauteil kann beispielsweise über die Kontaktstellen 11, 12 von außen kontaktiert werden und/oder über Anschlussstellen 31, 32 an der Unterseite des Grundkörpers 4.
Für den Fall, dass der Grundkörper 4 wie in diesem Beispiel mit einem keramischen Material gebildet ist, können die Diodenstrukturen 21, 22 über Sputtern bei einer Temperatur von zirka 300 °C aufgebracht werden.
Im Beispiel der 3A und 3B ist die Diodenstruktur an der Oberseite des Grundkörpers 4, an der auch der Halbleiterchip 5 befestigt wird, angebracht.
Im Unterschied dazu zeigen die schematischen Darstellungen der 4A und 4B ein Beispiel, bei dem die Schutzdioden 20 an der Unterseite des Grundkörpers 4 zwischen den Kontaktstellen 11, 12 antiparallel geschaltet wird. Dies ist mit einer hier beschriebenen Schutzdiode möglich, da diese aufgrund der Schichtstruktur so dünn ausgebildet werden kann, dass eine Kontaktierung und Befestigung an der Unterseite durch die Schutzdiode 20 nicht behindert wird.
An der der Unterseite abgewandten Oberseite können beispielsweise erste und zweite Anschlussstellen 31, 32 ausgebildet sein, die beispielsweise zur Kontaktierung zumindest eines Halbleiterchips dienen. Auch im Beispiel der 4A und 4B handelt es sich bei dem Material des Grundkörpers 4 beispielsweise um ein temperaturstabiles Material wie ein keramisches Material, sodass die Schutzdiode 20 durch Aufsputtern der Diodenstrukturen 21, 22 gebildet sein kann. Die 4B zeigt eine Schnittdarstellung längs und parallel zur Schnittlinie S.
In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der 5A und 5B ist ein weiteres Beispiel eines elektronischen Bauteils näher erläutert, bei dem der Grundkörper 4 beispielsweise durch ein temperaturempfindliches Material, wie beispielsweise einen Kunststoff, gebildet sein kann. In diesem Fall wird die Schutzdiode 20, das heißt die erste Diodenstruktur 21 und die zweite Diodenstruktur 22, nicht durch Sputtern gebildet, sondern durch Aufdampfen und anschließendes Tempern, beispielsweise mittels Laserstrahlung. Die 5B zeigt dabei eine Schnittdarstellung längs und parallel zur Schnittlinie S.
Die Diodenstrukturen 21, 22 verlaufen stellenweise in direktem Kontakt zum Grundkörper 4, der zum Beispiel mit einem Kunststoff gebildet ist. Dabei ist es möglich, dass der Grundkörper 4 zwischen den Kontaktstellen 11, 12 einen gegenüber den Kontaktstellen 11, 12 erhöhten Bereich aufweist, über welchen die Diodenstrukturen 21, 22 verlaufen. Da die Diodenstrukturen 21, 22 durch Aufdampfen hergestellt sind, können sie dem Verlauf des Grundkörpers 4 folgen, sodass zum Beispiel keine planarisierte Fläche zur Verfügung gestellt werden muss, auf welcher die Schutzdiode 20 aufgebracht ist, wie dies beispielsweise für einen ESD-Chip, der gesondert gefertigt wird, der Fall wäre.
Beim Beispiel der 5A, 5B ist die Schutzdiode 20 an einer Oberseite des Bauteils aufgebracht. In gleicher Weise kann ein Aufbringen der Schutzdiode 20 an der Unterseite des Bauteils erfolgen. Dies ist beispielsweise in Verbindung mit dem Beispiel der 6A und 6B erläutert. Die 6B zeigt dabei eine Schnittdarstellung längs und parallel zur Schnittlinie S.
Weiter ist es möglich, dass ein in Verbindung mit den 1A, 1B, 2A, 2B beschriebener Halbleiterchip als elektronisches Bauteil in einem elektronischen Bauteil Verwendung findet, wie es in Verbindung mit den 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A oder 6B beschrieben ist. Das heißt, das elektronische Bauteil kann beispielsweise auch zwei der beschriebenen Schutzdioden umfassen, eine am Halbleiterchip und eine am Gehäuse des elektronischen Bauteils.
Darüber hinaus sind viele weitere Varianten von elektronischen Bauteilen denkbar, bei denen eine hier beschriebene Schutzdiode Verwendung finden kann. Das heißt, die hier beschriebene Schutzdiode ist auch besonders flexibel einsetzbar.
Bezugszeichenliste

11: erste Kontaktstelle
12: zweite Kontaktstelle
20: Schutzdiode
21: erste Diodenstruktur
22: zweite Diodenstruktur
31: erste Anschlussstelle
32: zweite Anschlussstelle
4: Grundkörper
5: Halbleiterchip
71: erster Überlappungsbereich
72: zweiter Überlappungsbereich
73: dritter Überlappungsbereich
S: Schnittlinie

Claims

Elektronisches Bauteil mit - einer ersten Kontaktstelle (11) zur n-seitigen Kontaktierung, - einer zweiten Kontaktstelle (12) zur p-seitigen Kontaktierung, - einen Grundkörper (4) - einer ersten Anschlussstelle (31) und einer zweiten Anschlussstelle (32), und - einer Schutzdiode (20), die zur ersten Kontaktstelle (11) und zur zweiten Kontaktstelle (12) antiparallel verschaltet ist, wobei - die Schutzdiode (20) eine erste Diodenstruktur (21) umfasst, die p-leitend ist, - die Schutzdiode (20) eine zweite Diodenstruktur (22) umfasst, die n-leitend ist, - die erste Diodenstruktur (21) als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der ersten Kontaktstelle (11) in einem ersten Überlappungsbereich (71) überlappt, - die zweite Diodenstruktur (22) als Schicht ausgebildet ist, die stellenweise mit der zweiten Kontaktstelle (12) in einem zweiten Überlappungsbereich (72) überlappt, - die erste Diodenstruktur (21) und die zweite Diodenstruktur (22) in einem dritten Überlappungsbereich (73) miteinander überlappen, - die Diodenstrukturen (21, 22) an der Außenfläche des Grundkörpers (4) angeordnet sind und dort mit dem Grundkörper (4) in direktem Kontakt stehen, - die erste Kontaktstelle (11) und die erste Diodenstruktur (21) im ersten Überlappungsbereich (71) in direktem Kontakt miteinander stehen, - die zweite Kontaktstelle (12) und die zweite Diodenstruktur (22) im zweiten Überlappungsbereich (72) in direktem Kontakt miteinander stehen, - die erste Anschlussstelle (31) in direktem Kontakt mit der ersten Kontaktstelle (11) und der ersten Diodenstruktur (21) steht, - die erste Diodenstruktur (21) stellenweise zwischen der ersten Anschlussstelle (31) und der ersten Kontaktstelle (11) angeordnet ist, - die zweite Anschlussstelle (32) in direktem Kontakt mit der zweiten Kontaktstelle (12) und der zweiten Diodenstruktur (22) steht, - die zweite Diodenstruktur (22) stellenweise zwischen der zweiten Anschlussstelle (32) und der zweiten Kontaktstelle (12) angeordnet ist, - die erste Diodenstruktur (21) eine Dicke von höchstens 1 µm aufweist und die zweite Diodenstruktur (22) eine Dicke von höchstens 1 µm aufweist, - die erste und zweite Diodenstruktur (21, 22) jeweils wesentlich dünner als die Kontaktstellen (11, 12) ausgebildet sind, - der Grundkörper (4) ein Halbleiterchip (5) ist und der Halbleiterchip (5) ein Flip-Chip ist, - die beiden Diodenstrukturen (21, 22) durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind, - die erste Diodenstruktur (21) gesputtert ist, und - die zweite Diodenstruktur (22) durch Aufdampfen und Tempern hergestellt ist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Diodenstruktur (21) und die zweite Diodenstruktur (22) jeweils das gleiche Grundmaterial aufweisen, wobei das Grundmaterial polykristallin oder amorph ist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Schutzdiode (20) an der ersten Kontaktstelle (11) und der zweiten Kontaktstelle (12) erzeugt ist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Diodenstruktur (21) und die zweite Diodenstruktur (22) jeweils das gleiche Grundmaterial aufweisen, wobei das Grundmaterial zumindest eines der folgenden Materialien umfasst: Halbleitermaterial, Silizium, ZnO, ITO, IZO.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Grundkörper (4) ein optoelektronischer Halbleiterchip ist, der zur Erzeugung oder zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei die Schutzdiode (20) für die elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im dritten Überlappungsbereich (73) die erste Diodenstruktur (21) und die zweite Diodenstruktur (22) in direktem Kontakt miteinander stehen.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Überlappungsbereich (71) eine Fläche von wenigstens 100 µm² aufweist, der zweite Überlappungsbereich (72) eine Fläche von wenigstens 100 µm² aufweist, und der dritte Überlappungsbereich (73) eine Fläche von wenigstens 100 µm² aufweist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Anschlussstelle (31) galvanisch auf der ersten Kontaktstelle (11) und der ersten Diodenstruktur (21) erzeugt ist.
Elektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Anschlussstelle (32) galvanisch auf der zweiten Kontaktstelle (12) und der zweiten Diodenstruktur (22) erzeugt ist.