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Die
Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Optoelektronische
Bauelemente der genannten Art wie zum Beispiel lichtemittierende
Dioden (LEDs) weisen zwei gegenüberliegende
Kontaktflächen
auf, wobei oftmals die erste Kontaktfläche auf einen elektrisch leitfähigen Träger, beispielsweise
auf einen mit einer Metallisierungsschicht versehenen Bereich eines
Chipgehäuses,
montiert wird. Diese Montage kann beispielsweise mit einer Lötverbindung
oder mit einem elektrisch leitfähigen
Kleber erfolgen.
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Die
elektrische Kontaktierung einer gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche eines
Halbleiterchips gestaltet sich üblicherweise
schwieriger, da diese in der Regel nicht an den vorgesehenen zweiten
Anschlußbereich
des Trägerkörpers angrenzt. Diese
zweite Kontaktierung wird herkömmlicherweise
mit einem Bonddraht hergestellt. Zur Herstellung einer elektrisch
leitenden Verbindung zwischen dem Bonddraht und der zur kontaktierenden
Chipoberfläche
wird ein Bereich der Chipoberfläche
mit einer metallischen Schicht, dem sogenannten Bondpad versehen.
Diese Metallschicht hat aber den Nachteil, daß sie optisch nicht transparent
ist und dadurch ein erheblicher Anteil des im Chip generierten Lichts
abgeschattet wird.
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Insbesondere
durch Fortschritte bei der Steigerung der internen Konversionseffizienz
wird die Herstellung von LEDs mit immer kleineren Halbleiterchips
möglich.
Eine Reduzierung der Fläche
des Bondpads ist jedoch technisch nur beschränkt möglich und erhöht den Herstellungsaufwand.
Der relative Anteil der durch die Abschattung des Bondpads nicht
effektiv nutzbaren Chipfläche
nimmt aber bei unverminderter Fläche
des Bondpads unvorteilhaft zu.
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Aus
den Druckschriften
DE
100 17 337 A1 ,
US 2003/0160258 A1 und
JP 09283801 A sind jeweils
optoelektronische Bauelemente bekannt, bei denen eine Kontaktfläche des
Bauelements mittels einer elektrisch leitfähigen transparenten Schicht kontaktiert
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement
mit einer verbesserten Kontaktierung mittels einer elektrisch leitfähigen Schicht
und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
optoelektronisches Bauelement nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch
4 beziehungsweise durch ein Verfahren nach Patentanspruch 15 oder Patentanspruch
19 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Bei
einem optoelektronischen Bauelement mit einem Halbleiterchip, der
eine erste Hauptfläche, eine
erste Kontaktfläche,
und eine der ersten Hauptfläche
gegenüberliegende
zweite Hauptfläche
mit einer zweiten Kontaktfläche
aufweist, sowie mit einem Trägerkörper, der
zwei voneinander isolierte elektrische Anschlußbereiche aufweist, wobei der
Halbleiterchip mit der ersten Hauptfläche auf dem Trägerkörper befestigt
ist und die erste Kontaktfläche
mit dem ersten Anschlußbereich verbunden
ist, ist gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß die
zweite Kontaktfläche
mit einer leitfähigen,
transparenten Schicht, die auf eine Trägerfolie aufgebracht ist, mit
dem zweiten Anschlußbereich
des Trägerkörpers verbunden
ist.
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Aufgrund
der Transparenz der zur Kontaktierung vorgesehenen leitfähigen Schicht
kann die zweite Kontaktfläche
effektiv zur Ein- beziehungsweise Auskopplung elektromagnetischer
Strahlung, die das optoelektronische Bauelement aussendet beziehungsweise
empfängt,
genutzt werden. Die Abschattung eines Teilbereichs der Chipoberfläche wird
vermieden und somit werden Absorptionsverluste im Bereich des Kontakts
vorteilhaft reduziert.
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Die
erste Kontaktfläche
des Halbleiterchips kann auf der ersten Hauptfläche angeordnet sein und der
Halbleiterchip an dieser Kontaktfläche auf dem ersten Anschlußbereich
befestigt sein. Beispielsweise kann die erste Kontaktfläche die
Rückseite
eines Substrats sein, die bevorzugt mit einer Metallisierung versehen
ist und die elektrische Verbindung zum ersten Anschlußbereich
des Trägerkörpers mit
einer Lötverbindung
oder einem elektrisch leitfähigen
Kleber erfolgen. Es ist aber auch denkbar, daß sich sowohl die erste als
auch die zweite Kontaktfläche
auf der zweiten Hauptfläche
befinden und beide Kontaktflächen
mit voneinander isolierten transparenten Schichten mit jeweils einem
Anschlußbereich
des Trägerkörpers verbunden
sind.
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Die
leitfähige
transparente Schicht ist auf eine Trägerfolie, beispielsweise aus
Kunststoff, aufgebracht. In diesem Fall dient die Folie als Trägermedium
der leitfähigen
transparenten Schicht und muß daher
selbst nicht elektrisch leitfähig sein.
Zum Beispiel kann die leitfähige
transparente Schicht mit einem PVD-Beschichtungsverfahren, beispielsweise Sputtern
oder Aufdampfen, auf die Trägerfolie
aufgebracht sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die leitfähige transparente Schicht mittels
eines PVD-Beschichtungsverfahrens, beispielsweise Sputtern oder
Aufdampfen, zur Herstellung des Kontakts auf eine auf das optoelektronische
Bauelement auflaminierte und strukturierte isolierende Kunststofffolie
aufgebracht wird.
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Die
leitfähige
transparente Schicht enthält bevorzugt
ein transparentes leitfähiges
Oxid (TCO – transparent
conductive Oxide), beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder ein
anderes dotiertes Oxid wie zum Beispiel ZnO:Al oder SnO:Sb. Vorzugsweise mit
Sputtertechnologie kann mit einem solchen Material sowohl eine zur
Kontaktierung vorgesehene Trägerfolie
als auch eine auf das optoelektronische Bauelement auflaminierte
und strukturierte isolierende Kunststofffolie beschichtet werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die leitfähige
transparente Schicht eine Kunststofffolie, die ein Polymer mit einer
ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit
enthält.
In diesem Fall ist eine Beschichtung der Kunststofffolie mit einer
leitfähigen
Schicht nicht erforderlich.
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Neben
ihrer Funktion als elektrisch leitfähige Schicht oder als Trägermedium
der elektrisch leitfähigen
Schicht kann die Trägerfolie
auch Partikel zur Konversion der Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung
enthalten.
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Solche
Partikel können
beispielsweise auch oder alternativ in einer Vergußmasse enthalten
sein, in die der Halbleiterchip vorzugsweise eingebettet ist. Die
Vergußmasse
schützt
den Halbleiterchip vorteilhaft vor Berührungen und vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise
Schmutz oder Feuchtigkeit.
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Als
Alternative zur Einbettung in eine Vergußmasse kann auch eine Barrierenschicht
zum Schutz vor Umwelteinflüssen
auf die Trägerfolie
aufgebracht sein. Die Barrierenschicht kann dabei sowohl auf der
dem Halbleiterchip abgewandten Seite der Trägerfolie als auch auf der dem
Halbleiterchip zugewandten Seite, beispielsweise zwischen der leitfähigen transparenten
Schicht und der Trägerfolie, angeordnet
sein.
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Zwischen
der zweiten Kontaktfläche
des Halbleiterchips und der transparenten leitfähigen Schicht ist gegebenenfalls
eine Metallschicht angeordnet, die vorteilhaft weniger als 10 nm
dick ist. Eine solch dünne
Metallschicht ist dazu geeignet, den elektrischen Kontakt zu verbessern,
aber noch ausreichend dünn,
daß sie
elektromagnetische Strahlung nur geringfügig absorbiert.
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Die
leitfähige
transparente Schicht sollte nur mit der zweiten Kontaktfläche des
Halbleiterchips und mit dem zweiten Anschlußbereich des Trägerkörpers elektrisch
leitend verbunden sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dazu werden
die nicht zur Kontaktierung mit der leitfähigen transparenten Schicht
vorgesehenen Bereiche, insbesondere die Seitenflanken des Halbleiterchips
und die Bereiche des ersten Anschlußbereichs, vorteilhaft mit
einer isolierenden Schicht versehen. Die isolierende Schicht kann
beispielsweise eine Kunststoffschicht sein. Insbesondere kann es
sich auch um eine photostrukturierbare Kunststoffschicht (Trockenresist) handeln.
Alterna tiv kann die isolierende Schicht auch ein Siliziumoxid oder
ein Siliziumnitrid aufweisen.
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Das
optoelektronische Bauelement kann beispielsweise eine strahlungserzeugende,
aktive Schicht enthalten. Die aktive Schicht kann dabei sowohl ein
organisches als auch ein anorganisches Halbleitermaterial aufweisen.
Im Falle eines anorganischen Halbleitermaterials kann es sich insbesondere
um ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial wie zum Beispiel GaAs,
GaAlAs, GaP, GaAlP, InGaAs, InGaAlP, GaN oder InGaN handeln.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist vorgesehen, daß der Halbleiterchip mit der
ersten Hauptfläche
auf dem Trägerkörper montiert
wird, eine isolierende Schicht aufgebracht wird, die isolierende
Schicht strukturiert wird, und eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht
aufgebracht wird. Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
befindet sich die elektrisch leitfähige, transparente Schicht
auf einer Trägerfolie,
vorzugsweise auf einer Kunststofffolie.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung ist die isolierende Schicht vorzugsweise eine Kunststoffschicht,
die zum Beispiel durch das Aufsprühen einer Polymerlösung aufgebracht
wird.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die isolierende Schicht eine Kunststoffschicht, die durch Laminieren aufgebracht
wird.
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Die
genannten Verfahrensschritte können
in verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden.
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Zur
Strukturierung der isolierenden Schicht sind verschiedene Methoden
geeignet. Beispielsweise kann die isolierende Schicht photolithographisch strukturiert
werden. Weiterhin ist es möglich,
die isolierende Schicht unter Verwendung eines Lasers, beispielsweise
mit Laserablation, zu strukturieren. Ebenfalls kann die isolierende
Schicht mit mechanischen Methoden oder durch eine Kombination aus mechanischen
und thermischen Methoden strukturiert werden. Beispielsweise kann
dies durch Fräsen, Stempeln,
Walzen oder Prägen
erfolgen, wobei die mechanische Bearbeitung insbesondere im Fall
einer Kunststoffschicht durch eine Erhitzung der isolierenden Schicht
vereinfacht werden kann.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung kann die leitfähige,
transparente Schicht beispielsweise mit einem PVD-Verfahren direkt
auf den Halbleiterchip und den Trägerkörper aufgebracht werden.
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Vorzugsweise
befindet sich die leitfähige transparente
Schicht auf einer Trägerfolie,
die auf den Halbleiterchip und den Trägerkörper auflaminiert wird. Das
Aufbringen der Trägerfolie
mit der leitfähigen
transparenten Schicht auf den Halbleiterchip und den Trägerkörper kann
auch mit einem Tiefziehverfahren erfolgen.
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Vorteilhaft
wird die Trägerfolie
mit der leitfähigen
transparenten Schicht vor dem Aufbringen auf den Halbleiterchip
strukturiert. Dies kann insbesondere durch das Heraustrennen von
Teilbereichen der Folie, beispielsweise durch Ausstanzen, oder durch eine
Strukturierung der leitfähigen
transparenten Schicht oder das Aufbringen von strukturierten Bereichen
einer isolierenden Schicht auf die leitfähige Schicht erfolgen. Diese
isolierende Schicht kann beispielsweise ein Siliziumoxid oder ein
Siliziumnitrid enthalten. Durch die Verwendung einer derartig vorstrukturierten
Folie kann das vorherige Aufbringen der isolierenden Schicht auf
den Halbleiterchip entfallen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang
mit den 1 bis 5 näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 a, b, c und d schematisch dargestellte Zwischenschritte
eines Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
gemäß der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements,
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3 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements,
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4 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements und
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5 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kunststofffolie,
die zur Kontaktierung eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements
vorgesehen ist.
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Gleiche
oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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In 1a ist
ein optoelektronisches Bauelement dargestellt, das einen Halbleiterchip 1 und
einen Trägerkörper 10 aufweist.
Der Halbleiterchip 1 weist eine erste Hauptfläche 2 mit
einer ersten Kontaktfläche 4 und
eine zweite Hauptfläche 5 mit
einer zweiten Kontaktfläche 6 auf.
Die zweite Kontaktfläche 4 kann
beispielsweise durch eine dem Trägerkörper 10 zugewandte,
vorzugsweise mit einer Metallisierungsschicht 4 versehene
Rückseite
eines Substrats 3 gebildet werden. Mit der Kontaktfläche 4 ist
der Halbleiterchip 1 mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung
auf einem ersten Anschlußbereich 7 des Trägerkörpers 10 montiert.
Die Montage des Halbleiterchips 1 auf dem Trägerkörper 10 erfolgt
beispielsweise mittels einer Lötverbindung
oder einem elektrisch leitfähigen
Klebstoff.
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Der
Trägerkörper 10 weist
einen zweiten Anschlußbereich 8 auf,
der zum Beispiel durch einen isolierenden Bereich 9 vom
ersten Anschlußbereich 7 elektrisch
isoliert ist. Die Form des Trägerkörpers 10 kann
im Rahmen der Erfindung auch von der hier dargestellten Form abweichen.
Beispielsweise können
die Anschlußbereiche 7, 8 auch
durch metallische Leiterbahnen auf einem gemeinsamen Trägerkörper, zum
Beispiel aus Kunststoff, gebildet sein. Bei dem optoelektronischen
Bauelement kann es sich insbesondere um eine lichtemittierende Diode (LED)
handeln, die eine aktive Zone 11 aufweist. Die Kontakt fläche 6 des
optoelektronischen Bauelements kann beispielsweise aus einer Kontaktschicht oder
-schichtenfolge gebildet werden, die auf die zweite Hauptfläche 5 aufgebracht
ist und mit dem Fachmann bekannten Methoden, zum Beispiel mit Photolithographie,
strukturiert ist.
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In
dem in 1b dargestellten Zwischenschritt
wurde auf das optoelektronische Bauelement der 1a eine
isolierende Schicht 12 aufgebracht. Die isolierende Schicht 12 ist
vorzugsweise eine Kunststoffschicht, die zum Beispiel durch Auflaminieren
einer Folie oder durch Aufsprühen
einer Polymerlösung
aufgebracht wird. Das Auflaminieren der isolierenden Schicht 12 in
Form einer Kunststofffolie hat den Vorteil, daß dadurch auch die schwierig
zu beschichtenden Seitenflanken des Halbleiterchips 1 mit einer
gleichmäßig dicken
isolierenden Schicht 12 bedeckt werden. Die Kunststofffolie 12 kann
insbesondere ein sogenannter Trockenresist, also eine photostrukturierbare
Folie, sein.
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In
dem in 1c dargestellten Zwischenschritt
eines Verfahrens gemäß der Erfindung
wurden Teile der isolierenden Schicht 12 durch eine Strukturierung
entfernt. Bei dieser Strukturierung wird zumindest ein Teilbereich 13 des
zweiten Anschlußbereichs 8 und
die zweite Kontaktfläche 6 an der
zweiten Hauptfläche 5 freigelegt.
Die Strukturierung kann beispielsweise photolithographisch, mit Laserablation
oder mechanischen Methoden, wie zum Beispiel Fräsen, Stempeln, Walzen oder
Prägen erfolgen.
Die mechanischen Methoden können
vorteilhaft auch mit einer thermischen Bearbeitung kombiniert werden,
zum Beispiel durch das Erhitzen einer isolierenden Kunststofffolie 12 bis
in die Nähe
oder über
die Glastemperatur, um die mechanische Bearbeitung zu erleichtern.
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1d zeigt
schematisch einen Zwischenschritt, bei dem eine leitfähige transparente
Schicht 14 aufgebracht und dadurch die bei der Strukturierung
der isolierenden Schicht 12 freigelegten Bereiche elektrisch
miteinander verbunden werden. Die leitfähige transparente Schicht 14 kann
zum Beispiel auf eine Kunststofffolie 15 aufgebracht sein
und zusammen mit dieser auf den Halbleiterchip 1 und den Trägerkörper 10 auflaminiert
werden. Die transparente leitfähige
Schicht 14 kann beispielsweise eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht
sein, mit der die Kunststoffschicht 15 auf einer beim Auflaminieren
dem Halbleiterchip 1 zugewandten Seite beschichtet ist.
Das Beschichten der Kunststofffolie 15 mit der leitfähigen transparenten
Schicht kann beispielsweise mittels Sputtern oder Aufdampfen erfolgen.
Das Auflaminieren der leitfähigen
transparenten Schicht 14 mit einer Kunststofffolie als
Trägermedium
hat den Vorteil, daß ähnlich wie
beim zuvor beschriebenen Auflaminieren der isolierenden Schicht
auch die Seitenflanken des Halbleiterchips 1, die schwierig
zu beschichten sind, gleichmäßig mit
der leitfähigen
transparenten Schicht 14 bedeckt werden, und somit eine
Unterbrechung der leitfähigen
transparenten Schicht 14 vermieden wird.
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Im
Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, daß die transparente leitfähige Schicht 12 direkt
mit einem PVD-Beschichtungsverfahren
auf den Halbleiterchip 1 und den Trägerkörper 10 aufgebracht
wird. Dies kann beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen erfolgen.
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Nach
Durchführung
des in 1d dargestellten Verfahrensschritts
ist das in 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements entstanden. Die leitfähige transparente Schicht 14 stellt
eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche 6 des Halbleiterchips 1 und
dem zweiten Anschlußbereich 8 des
Trägerkörpers 10 her.
Durch die Isolierung der Seitenflanken des Halbleiterchips 1 und
des ersten Anschlußbereichs 7 des
Trägerkörpers 10 mit
der isolierenden Schicht 12 wird ein Kurzschluß vermieden.
Die Transparenz der leitfähigen
Schicht 14 hat den Vorteil, daß von dem optoelektronischen
Bauelement empfangene oder ausgesendete Strahlung nicht abgeschattet
wird, wie dies bei einer Kontaktierung mit einem Bonddraht und einem
Bondpad der Fall wäre.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Teilbereiche 16, 17 der
Oberfläche
des Trägerkörpers 10 freigelegt
worden. Auf diesen Teilbereichen 16, 17 können beispielsweise
Kontakte (nicht dargestellt) angebracht werden, mit denen die elektrische
Stromzuführung
von außen
zu den Anschlußbereichen 7 und 8 erfolgt.
Das Freilegen der Teilbereiche 16, 17 kann durch
einen Strukturierungsschritt, wie beispielsweise zuvor im Zusammenhang mit
der Strukturierung der isolierenden Schicht 12 beschrieben,
erfolgen.
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Bei
dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip 1 mit
der aufgebrachten leitfähigen
transparenten Schicht 14 und der Kunststoffschicht 15 in
eine Vergußmasse 18 eingeschlossen.
Die Vergußmasse 18 dient
insbesondere zum Schutz des optoelektronischen Bauelements vor Umwelteinflüssen, wie
beispielsweise Schmutz oder Feuchtigkeit. Weiterhin kann die Vergußmasse 18 auch
Partikel zur Konversion der Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung
enthalten. zum Beispiel könnte
ein blau emittierender Halbleiterchip auf der Basis von GaN mit
einer YAG:Ce enthaltenden Vergußmasse
versehen werden, um Weißlicht
zu erzeugen.
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In 5 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Kunststofffolie 15, die als Trägerfolie für die leitfähige transparente Schicht 14 fungiert,
dargestellt. Auf der der leitfähigen
transparenten Schicht 14 gegenüberliegenden Seite ist die
Kunststofffolie 15 mit einer Barrierenschicht 19 versehen,
die ähnlich
wie die im vorigen Ausführungsbeispiel
vorgesehene Vergußmasse 18 zum
Schutz des optoelektronischen Bauelements vor Umwelteinflüssen wie
Schmutz oder Feuchtigkeit dient. Die Barrierenschicht 19 kann
alternativ auch zwischen der Kunststofffolie 15 und der leitfähigen transparenten
Schicht 14 angeordnet sein.
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Die
Kunststofffolie 15 kann vorteilhaft auch Partikel zur Konversion
elektromagnetischer Strahlung erhalten. Auf der Seite der leitfähigen transparenten
Schicht 14 kann zusätzlich
auch noch eine Metallschicht 20 aufgebracht sein, die zu
einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit dient. Um eine ausreichende
Transparenz zu gewährleisten, sollte
die Metallschicht 20 nicht dicker als 10 nm sein.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
daß die
elektrisch leitfähige
Schicht 14 oder die Metallschicht 20 teilweise
mit einer isolierenden Schicht 12 abgedeckt sind. Die isolierende
Schicht 12 kann beispielsweise ein Siliziumoxid oder ein
Siliziumnitrid enthalten. Durch das Aufbringen und die Strukturierung
der isolierenden Schicht 12 auf die mit der leitfähigen transparenten
Schicht 14 versehene Kunststofffolie 15 können die
zuvor in Zusammenhang mit den 1c und 1d beschriebenen
Verfahrensschritte des Aufbringens der isolierenden Schicht 12 auf
den Halbleiterchip 1 und den Trägerkörper 10 und die anschließende Strukturierung
entfallen. Beim Auflaminieren der Kunststofffolie 15 auf
den Halbleiterchip 1 und den Trägerkörper 10 muß in diesem
Fall durch eine genaue Po sitionierung sichergestellt werden, daß die isolierenden
Bereiche 12 und die mit der leitfähigen transparenten Schicht 14 versehenen,
nicht abgedeckten Bereiche auf die dafür vorgesehenen Bereiche des
Halbleiterchips 1 und des Trägerkörpers 10 aufgebracht
werden.