CN101218689B - 具有粘合剂的光电子元件 - Google Patents
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Abstract
在光电子元件中利用SiO2层作为粘合层。可以利用硅橡胶形成耐久的粘合。这种材料通常对常用作光电子元件的材料比如LED模块仅具有不充分的粘合强度，由此导致所生产元件的使用寿命明显降低。通过利用本发明的粘合层(600，601)可以有效避免这种局限性，同时明显改善了在湿润环境中工作时和温度变化引起的应力下的耐久性。
Description
COB(COB＝板上芯片(chip on board))技术中的LED模块大多数用基于环氧树脂的覆盖树脂密封。这种模块例如从EP 1347517和EP 1352431中已知。尽管在权利要求中提及硅氧烷的使用(例如EP1347517中)，但在实践中还没有应用这种模块。其根本原因是已知的这种硅氧烷材料的不充分的粘着力。
还已知粘附在透镜上的模块，此处使用的粘合剂也优选基于环氧化物的体系。这些材料通常具有非常好的粘着力。环氧化物明显的缺点是在用于蓝色LED时它们的耐久性有限。波长约460nm的发射光导致这种树脂迅速发黄，并进一步导致LED模块的亮度降低。在湿润环境中工作时，环氧化物只能给元件提供不充分的湿气保护，温度变化负荷下的耐久性不令人满意。
除了上述结构，还已知很多LED模块和光源的其它结构。在这些结构的某些中采用硅氧烷作为铸模材料或填充材料。此处参考专利US6504301、US6590235、US6204523和DE10261908。然而，这些文件中没有一个研究了硅氧烷对所用材料的粘附。在一些所述结构中，通过其它结构特征来保证构造的机械稳定性(例如在US6504301中)。
与此相反，其它结构使用硅氧烷凝胶，但是由于它的性质，其不能对半导体和其结合的线提供机械保护。因此，凝胶只能是和其它结构特征结合使用。
使用环氧化物作为光电二极管(例如空调控制器中的光感应器)的铸模树脂时，树脂不充分的耐光性也是使用寿命的限制性因素。
因此，本发明的目的是在光学元件(尤其是LED)区域中提供改善的装配连接。
根据本发明通过独立权利要求的技术特征来实现上述目的。从属权利要求进一步构成本发明的尤其有利的方面。
本发明的技术背景总结如下：已知沉积薄SiO2层的不同方法。举例来说在DE19807086中描述了这种层的等离子沉积。同样已知使用热解SiO2层提供粘合的技术。例如在DE19905697A1中描述了这类结构。
根据本发明，第一次将这种粘合层用在光电子元件中。因此，可以使用硅橡胶形成持久的粘合。这种材料通常对常用于光电子元件比如LED模块的材料仅具有不充分的粘附强度。这随后导致了其它后果，从而明显降低了所制造元件的使用寿命。通过使用所述粘合层，有效地避免了这些局限性，明显改善了在湿润环境中工作时和在温度变化负荷情况下的耐久性。
因此本发明不涉及LED芯片自身中的SiO2，而是涉及芯片之外的SiO2，即在将LED芯片进一步加工成光源时，作为在芯片装配中的粘合剂。
附图说明
现在将参照示例性实施方案和附图更详细地说明本发明。
图1示出具有覆盖树脂的模块，
图2示出根据图1模块的一部分的截面图，
图3是具有安放的透镜的模块的对应的一部分，
图4是其它模块的截面图，
图5示出根据本发明的模块，和
图6a、6b示出根据本发明的其它模块的截面图。
图1中示出了具有覆盖树脂的LED模块的俯视图。在一个有利的结构中，所述覆盖物形成为半球状，位于LED小片的中心上。在支撑材料100(例如基于FR4的电路板)上粘合或焊接LED小片200。以液体形式施加覆盖树脂300并随后硬化。为了便于接触通常使用可焊接的接线端垫(Anschlusspads)400。
图2中示出了根据图1的模块的一部分的横截面。其中所述支撑材料100、小片200和覆盖树脂300如图1中所述。在该放大的视图中可见已经连接的连接线410，通过所述连接线使得用COB(板上芯片)技术安装的小片200与支撑物(电路板)100电接触。
图3中描述了具有安放的透镜500的模块的对应部分。因此，通过在透镜500和小片之间填充反应树脂310来实现所述粘合。
根据现有技术，为了发射白光，所述覆盖树脂中可包含所谓的发荧光的发光物质(比如EP1347517中描述的)，其例如将LED发射的光的一部分转化到其它波长范围，使得混合产生基本上白色的光。在粘附于透镜的情况下，可以另外或作为替代方案将这种发光物质用于所用的粘合剂中。
图4概略示出了这种结构。在所述透镜中优选具有限定的空腔，所述空腔填充有粘合剂310。发光物质311分散在该粘合剂310中。
为了改善硅氧烷对所用材料的粘合，使用SiO2粘合层。原则上可以使用所有已知的沉积层的方法。
所述粘合层的厚度优选为几个nm(10-9m)。
通过相应的工艺控制，可以将这些层沉积在塑料(支撑物的涂层和阻焊剂)、金属(电连接，支撑物或部分支撑物)、LED小片以及安放的透镜(比如聚丙烯酸酯、PMMA或COC的塑料以及玻璃)上。可以进行涂布过程，使得在所有上述材料上得到良好并且长期稳定粘合的沉积SiO2层。然而，决定性的是施加在粘合层上的硅氧烷材料在实现交联之后具有非常好的粘合强度值。
下面将作为举例，指出根据本发明实施方案的测量值。在图5中示出这类模块的视图。在支撑物100上贴装LED小片200。在与连接线410电接触之后，在整个表面上沉积粘合层600(大幅放大地显示)。所述粘合层可以是例如SiO2层。LED小片200亮度的检验测量显示出，由于沉积过程产生的热负荷和所述层自身都不会导致发生光亮度的降低。一系列大量的测量显示，沉积所述层之后没有发现平均值的变化。
随后在小片200上涂敷反应树脂310(例如基于硅氧烷)，使得所述粘合层位于硅氧烷材料和小片200或支撑物100之间。
随后在LED小片200上粘附透镜500。在与反应树脂310(例如基于硅氧烷的)粘合之前，在透镜500的下侧向小片200沉积粘合层601，例如SiO2层(仍是大幅放大地显示)。
因此，可以在覆盖物(透镜)500和反应树脂和/或反应树脂和小片200和支撑物之间提供粘合层。优选的但不是强制的，所述粘合层存在于整个接触面上。
支撑物100的几何形状和材料不限于前述结构中所描述的。所述支撑物可以是FR4电路板、金属或陶瓷。
所述支撑物同样可以由塑料材料构成(热塑性材料或热固性材料)。类似地，还可以使用周围模制有塑料的所谓的引线框。
为了评价粘合强度，测定折断力。在对比测量中，还在温度变化试验之后测定粘合强度。作为举例，本发明给出了具有粘附在FR4上的玻璃透镜的这种测试的结果。给出的数值是以[g]表示的导致所贴装的透镜脱离的(平均)负荷。
a.)无粘合层： 1200
TW之后： 1000
b.)FR4上的粘合层： 5600
TW之后： 4900
c.)FR4和玻璃上的粘合层：9700
TW之后： 9700
(TW＝温度变化测试)
还用塑料透镜制备了类似的试验装置。结果显示，透镜的材料对粘合强度没有影响，起决定作用的是所沉积SiO2层的质量和粘合性。在折断测试之后，很容易在测试对象的视觉分析中确定所述粘合层的质量。在“好的”粘合层的情况下，硅橡胶撕裂，而粘合连接不裂开。
在根据图6的模块的测试中得到了类似的良好的结果(6a显示了COB形式，6b显示了SMT形式)。如上述实例，粘合层600优选沉积在整个表面上，即沉积在支撑物100、LED小片200上，并且如果合适的话沉积在连接线410上。因此，光电子元件的整个上侧表面以及侧表面都覆盖有粘合层。
(或者粘合层600可以只存在于支撑物100和小片200中的一个上或存在于它们的部分区域上，其中支撑物和小片的部分区域可以重叠。)
随后通过分散技术，可以将液态硅氧烷施加为半球300的形式。在硅橡胶交联之后，为了评价覆盖材料的粘合性，将湿度测试和温度冲击测试用于间接测试。在85℃和85％相对湿度的直接对比湿度测试中得出，目前使用的环氧化物在600小时之后亮度降低到起始值的50％至70％；在产品中使用的第二种环氧化物在经过同样的测试时间后只具有起始亮度的20％，其中还出现一些亮度完全消失的情况。与此相反，根据本发明构造的相应模块在600小时的测试时间之后还具有超过90％的起始亮度。
在-40℃/105℃的温度冲击测试中，在硅橡胶制成的覆盖物的情况下，在3000次循环之后没有观察到故障。尽管本发明中没有直接的对比，然而应该注意，在利用环氧化物覆盖物进行的最新温度变化测试中，总是在最多500个循环之后就出现故障。
这些结果以令人印象深刻的方式证明了，在没有其它结构特征的情况下，借助于这些粘合层，形成了硅橡胶与所用材料的牢固连接。较高的温度和湿度都不能使粘合强度降低。此外，所述粘合对温度变化负荷也不敏感。重要的是，所述硅氧烷必须不含有粘合剂或类似的添加剂。因此，可以使用所有的光学透明材料。多个制造商提供这类橡胶。
这些商业上可得到的硅氧烷中的一些还满足了关于耐UV辐射的要求。最稳定的材料在用蓝色LED(主要波长约460nm)持续工作5000小时之后没有表现出变黄。根据辐射测试(UVC辐射、30mW/cm2)的结果，其中几百小时之后没有出现可检测的透光度的降低，在20000小时之后和更长的持续工作之后，不应出现蓝色LED上的硅氧烷变黄。
Claims (16)
1.一种光电子元件，
其包含安装在支撑物(100)上的光电子元件(200)，
其中SiO2的光学透明粘合层(600，601)覆盖支撑物(100)的表面和光电子元件(200)的表面的至少一部分区域，
其中在所述粘合层(600，601)上施加硅氧烷材料的覆盖物或粘合层，和其中
所述光电子元件(200)的整个上侧表面以及侧表面都覆盖有所述SiO2的光学透明粘合层(600，601)，
其中所述硅氧烷不含有粘合剂。
2.根据权利要求1的光电子元件，其中所述光电子元件(200)是发光二极管芯片。
3.根据权利要求1或2的光电子元件，其中所述支撑物(100)是电路板。
4.根据权利要求3的光电子元件，其中利用板上芯片技术将所述光电子元件(200)安装在所述电路板(100)上。
5.根据权利要求1或2的光电子元件，其中所述粘合层(600，601)的厚度为100nm或更小。
6.根据权利要求1或2的光电子元件，其中所述粘合层(600，601)的厚度为20nm或更小。
7.根据权利要求1的光电子元件，其特征在于，通过所述粘合层将透镜(500)粘附在所述光电子元件(200)上，并且所述粘合层基于硅氧烷。
8.根据权利要求2的光电子元件，其中发光二极管芯片发射的光的波长在UV区至IR区之间，包括两端值。
9.根据权利要求1的光电子元件，其特征在于，在所述硅氧烷材料中掺入发光物质(311)。
10.根据权利要求1的光电子元件，其特征在于，在所述硅氧烷材料中加入一种或多种填充物。
11.根据权利要求10的光电子元件，其特征在于，所述填充物选自硅酸、粒状Al2O3和／或BaSO4。
12.根据权利要求1的光电子元件，其特征在于，所述光电子元件是光电二极管。
13.根据权利要求1的光电子元件，其采用表面安装技术或辐射状结构形式。
14.根据权利要求1或2的光电子元件，其中所述粘合层的厚度为最大10nm。
15.SiO2层(600，601)作为在光电子元件(200)和支撑物(100)上的粘合剂的用途，用于将硅氧烷材料的覆盖物或粘合层装配在支撑物(100)和光电子元件(200)上，其中所述光电子元件(200)的整个上侧表面以及侧表面都覆盖有所述SiO2层(600，601)，并且其中所述硅氧烷不含有粘合剂。
16.一种制造光电子元件的方法，所述方法包括下列步骤：
-在支撑物(100)上安装光电子元件(200)，
-将SiO2层作为粘合剂施加到支撑物(100)和光电子元件(200)上侧表面的部分区域或整个表面上，和
-在所述SiO2层上施加硅氧烷材料的覆盖物或粘合层，
其中所述光电子元件(200)的整个上侧表面以及侧表面都覆盖有所述SiO2层，
其中所述硅氧烷不合有粘合剂。
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- 2006-06-08 CN CN200680024788.3A patent/CN101218689B/zh not_active Expired - Fee Related
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