CN102549784A - 电子器件、尤其是光学或光电子器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
电子器件、尤其是光学或光电子器件包括具有热塑性塑料（5）的组件（6），该热塑性塑料具有包括核和包裹物的颗粒（1），其中所述包裹物设置在核的表面上并且其中所述核包括铝。
Description
本专利申请要求德国专利申请10 2009 047 877.9和德国专利申请10 2009 055 765.2的优先权，其公开内容通过回引结合于此。
技术领域
说明了一种根据权利要求1的电子器件、尤其是光学或光电子器件。
背景技术
光学或光电子器件的广泛存在的问题是，总是使用具有较高运行温度和较短波长的较明亮的辐射源，并且由此可能由于例如变黄和粉化现象而对壳体进行损坏。由此可能例如损坏反射器，并且因此使诸如器件的运行时长或者光效率的重要光学特性明显变差以及改变辐照特征。
发明内容
本发明实施方式的任务在于，提供一种具有改善的变黄表现的电子器件。
该任务通过根据权利要求1的电子器件解决。其他实施方式是其他的从属权利要求的主题。
本发明的实施方式涉及电子器件、尤其是光学或者光电子器件，包括具有热塑性塑料的组件，该组件具有包括核和包裹物的颗粒，其中包裹物设置在核的表面上，并且其中核包括铝。所述组件还可以由具有颗粒的热塑性塑料构成。核可以包括元素铝或者由其构成。
热塑性塑料由于其热机械特性而具有良好的耐介质性以及足够的热稳定性和尺寸稳定性。此外，热塑性塑料在对组件施加循环负荷和焊浴负荷时具有良好的抗裂能力和防破损能力。此外，由于低成本的原因，可以经济地制造大量的器件。
铝颗粒具有如下有利特性：其是无毒的，可在市场上成本有利地获得，抗腐蚀并且是耐介质的。铝颗粒具有约220W/mK的高的热传导性。如果铝颗粒具有包裹物（例如表面上的氧化层），则铝颗粒在这种情况下由于该包裹物而同时具有良好的电绝缘特性。在宽波长范围（UV至IR）中的良好的金属反射能力和同时的高吸收能力使得能够尤其是在光学或者光电子器件的组件中使用所述颗粒。
本发明在该申请中代表电子器件地特别着重于对光学或光电子器件进行描述。因此，关于光学或光电子器件的实施也适用于电子器件。
包括这样的热塑性塑料的组件具有与例如金属引线框架的改善的附着性，其中所述热塑性塑料包括具有核和包裹物的颗粒。由此禁止了潮气和其他有害物质侵入到易受压力（stressanf?llig）的组件-引线框架-界面中。由于通过在热塑性塑料中添加颗粒得出的提高的屏障作用，组件的潮气吸收和穿过组件的有害气体扩散也得到降低。
由于组件的改善的热传导性，还可以更有效地引出在器件运行时产生的损耗热量，由此减小了壳体材料中的组件老化。由此也可以提高所述器件的运行温度。此外，可以在较高的温度下处理所述器件。
在另一实施方式中，包裹物直接设置在核的表面上。
因此，包括铝的核直接由包裹物包围。所述包裹物在一个实施方式中与核的表面固定连接。例如当包裹物通过化学反应—尤其是固体反应（例如形成氧化层）—来产生或制造时，包裹物优选与所述表面不可分地连接。因此，构成包裹物的优选是固体材料。
在本发明的另一实施方式中，所述包裹物包括氧化物、氮化物或者氮氧化物。
由这些材料构成的包裹物具有与良好的热传导性组合的良好的电绝缘特性。所述包裹物此外是无毒的并且与金属相比是明显更抗腐蚀的和更耐介质的。所述包裹物优选同样包括铝，例如作为AlOx、AlNx、AlOxNy。
在本发明的另一实施方式中，所述包裹物具有大于10nm的厚度。
通过这种厚度的包裹物保证了足够的电绝缘特性以及对于颗粒的核的足够的防腐蚀保护。
在本发明的另一实施方式中，所述包裹物具有小于100μm的厚度。
100μm以下的包裹物厚度已经具有了上述有利的特性。<100μm的厚度使得颗粒大小能够保持得小，这尤其是对于组件的光学特性来说是重要的。包裹物的厚度优选处于50nm至25μm的范围中。
对于辐射的定向反射来说，优选使用具有光滑表面的颗粒，相反对于漫射的反射来说优选使用具有粗糙表面的颗粒。
在本发明的另一实施方式中，所述包裹物使核电绝缘。
这使得所述核能够由导电材料制成并且尽管如此颗粒被指定在这样的范围中，在该范围中颗粒作为整体必须相对于其周围环境电绝缘。这因此也使得颗粒能够在可以用于针对光电子器件使用的组件的热塑性塑料中使用。因此，所述组件例如也可以是浇铸组件，该浇铸组件设置在光电子器件的导电的、向外不绝缘的组件上，该组件例如是接触元件。因此，通过所述颗粒具有电绝缘特性，整个热塑性塑料优选具有电绝缘特性，由此因此防止了通过由热塑性塑料制成的壳体材料短路的风险。
在本发明的另一实施方式中，所述包裹物在其表面上至少部分地具有涂层。
所述涂层可以是例如由助磨剂构成的涂层。在一个实施方式中，存在包括助磨剂的涂层。所述助磨剂可以例如是动物的或植物的润滑剂以及有机磷酸或磷酸酯。所述动物的和植物的润滑剂可以例如是棕榈酸、硬脂酸或者油酸及其与Zn、Ca或Mg的盐。
在这种情况下可以这样选择润滑剂的浓度和类型，即颗粒在置入到热塑性塑料时和在随后制造所述组件时设置在组件的表面处以及不那么密集地设置在组件的内部并且提供所期望的反射特性。润滑剂相对于颗粒的浓度在这种情况下可以例如处于0.05pbw至3pbw的范围中，其中0.05pbw至1pbw的范围是优选的（pbw=parts by weight（重量份数））。
另一方面，可以这样选择润滑剂的浓度和类型，即颗粒尤其是聚积在组件内部并且因此尤其是提供良好的热传导性。
如果颗粒尤其是为了改善热传导性而被置入到组件中，则颗粒优选在涂层中具有较低的研磨添加剂浓度。此外，所述颗粒优选具有薄的包裹物。这具有在制造时导致颗粒在接触位置处冷焊的后果。
在本发明的另一实施方式中，颗粒具有作为d50值测量的10nm至50μm的中等粒子大小。
所述颗粒优选具有作为d50值测量的10nm和20μm之间的中等粒子大小。通过颗粒的大小、形状和粗糙度例如可以优化反射能力。同样可以通过颗粒的大小来影响组件的光学印象。因此例如可以通过使用大颗粒和高的颗粒浓度将金属光学系统赋予给所述组件。所述中等粒子大小在这种情况下可以借助于动态的光散射来确定。
在本发明的另一实施方式中，颗粒相对于热塑性塑料的浓度为0.001至20 Gew-%，其中从0.001至5 Gew-%的范围是优选的（Gew-%=重量百分比）。
颗粒在热塑性塑料中的浓度优选在0.001至1 Gew-%之间。通过颗粒的类型和颗粒在热塑性塑料中的浓度，包括该热塑性塑料的组件的反射能力可以得到控制。因此，例如可以将金属特征赋予给组件表面。
在本发明的另一实施方式中，颗粒相对于热塑性塑料的浓度为10至75 Gew-%。
所述电子器件、尤其是光学或光电子器件在这种情况下例如可以是具有散热功能的器件。所述器件优选包括薄片形状（Flake-Form）的多模态（mehrmodal）颗粒。由此可以实现尽可能高的填料含量。
在本发明的另一实施方式中，颗粒相对于热塑性塑料的浓度为0.001至10 Gew-%。
所述光学或光电子器件在这种情况下例如可以是具有良好反射特性的器件。如果反射应当是定向的，则该器件优选包括具有光滑表面的球状颗粒。相反，如果反射应当是漫射的，则所述器件优选包括具有不规则的粗糙表面的颗粒。在这两种情况下，微粒都在表面处聚积。
在本发明的另一实施方式中，所述核具有至少99 mol-%（摩尔百分比）的铝含量。
在一个实施方式中，所述核具有100 mol-%的铝含量，这意味着，所述核完全由铝和可能少量常见的污染物构成。铝证实为是无毒的并且可在市场上相对成本有利地获得。铝相对于其他金属还具有小的密度，这具有所述颗粒相当轻的后果。
在本发明的另一实施方式中，所述颗粒具有球状、弱椭圆的形状或者与这些形状类似的形状。在弱椭圆形状的情况下，半径比以≤1.5存在。
在本发明的另一实施方式中，所述颗粒具有薄片形状或者强椭圆形构造的形状。在强椭圆形形状的情况下，半径比以>1.5存在。
在本发明的另一实施方式中，所述颗粒具有纤维形状。
对于所述颗粒具有薄片形状、纤维形状或者强椭圆形状的情况，颗粒优选具有作为d50值测量的0.1μm至200μm的中等粒子大小。在此情况下，1.0μm至50μm的中等粒子大小是优选的并且1.0μm至20μm的范围是特别优选的。
为了实现所期望的光学特性以及所期望的热传导性，可以使用一种形状的颗粒以及不同形状的颗粒的混合物。相应的情况也适用于颗粒的大小。这里既可以存在单模态分布、即所述颗粒具有相似的大小，也可以存在多模态形式、即所述颗粒在其大小方面具有明显区别。
通过所述颗粒的形状例如可以如下地控制反射能力，即所述反射能力是定向的或漫射的反射。
通过漫射的反射，可以例如在壳壁表面处改善不同波长的辐射的光混匀。
对于所述颗粒具有薄片形状、纤维形状或者强椭圆形状的情况，颗粒相对于热塑性塑料的浓度为优选0.1至40 Gew-％，其中1.0至30 Gew-％的范围是特别优选的。
在本发明的另一实施方式中，所述核包括铝合金或者由铝合金构成。
所述合金可以包括例如Si和/或Mg。所述合金优选包括Si。这样的合金组分使颗粒的核稳定。合金组分的浓度在重量百分比上相对于所加入的铝量优选处于10ppm至0.9 Gew-％的范围中。
在本发明的另一实施方式中，所述热塑性塑料附加地包括一种或多种添加料，所述添加料选自：玻璃纤维；玻璃组织；玻璃粉末；白色颜料，如TiO2、CaCO3、BaSO4、Al2O3、SiO2、ZrO2；光转换物质；染色剂；添加剂，如浸润剂；稳定剂；无机的和金属的纳米颗粒，如ZnO、ZrO2、Au、Ag、Ti；有机磷防火剂。
在本发明的另一实施方式中，所述热塑性塑料是选自如下项的塑料：聚芳醚、聚苯醚、聚砜、聚芳醚砜、聚芳醚酮、聚醚、聚碳酸酯、聚酰胺、含氟聚合物（如聚四氟乙烯、四氟乙烯－全氟丙烷共聚物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯）、LCP以及不同热塑性塑料的混合物。在此，聚酰胺优选是聚邻苯二甲酰胺。
聚酰胺在这种情况下可以附加地用玻璃纤维、玻璃组织、炭黑或白色颜料代替。
在本发明的另一实施方式中，所述组件是壳体。所述壳体可以例如成型为反射器。所述壳体可以例如在内部具有辐射源。
所述电子器件、尤其是光学或光电子器件可以例如在如下领域之一中采用：汽车领域、具有光学功能的冷却介质、光伏设备中的框架材料和光结构壳体、医学或卫生领域。在这种情况下，所述器件可以是例如投射器、光模块、信号设备或者大面积的光设计元件或者是它们的组成部分。这种使用尤其是由于具有颗粒的热塑性塑料的低的重量和导热特性而是令人感兴趣的。
所述电子器件、尤其是光学或光电子器件此外可以用于具有提高的可靠性的模块和系统以及在激化的运行条件下采用。或者所述器件可以用于具有扩展的功能范围的新的应用，例如作为有SMD能力的LED的壳体。
本发明还涉及将上述热塑性塑料用于制造电子器件、尤其是光学或光电子器件的组件的使用。
所述具有颗粒的热塑性塑料可以例如用于投射器、光模块、信号设备和大面积的光设计元件中的壳体和/或反射器。在这种情况下，热塑性塑料或包括热塑性塑料的组件的低重量和导热效应可以是有利的。出于相同的原因，所述具有颗粒的热塑性塑料适合作为光伏应用中的框架材料。
所述具有颗粒的热塑性塑料可以用作为可热塑加工的复合材料。在此获得一种设计自由度，即所述热塑性塑料例如可以用于电子器件、模块和系统中的价格有利的散热通道。
除了器件本身，本发明还涉及一种用于制造电子器件、尤其是光学或光电子器件的组件的方法。
在用于制造电子器件、尤其是光学或光电子器件的组件的方法的一个变型中，所述方法包括方法步骤：作为方法步骤A）提供热塑性塑料；作为方法步骤B）嵌入颗粒，所述颗粒包括核和包裹物或者由核和包裹物构成，其中包裹物设置在核的表面上并且其中所述核包括铝；以及作为方法步骤C）使组件成型。
在此情况下，结合所述器件阐述的优点类似地也适用于所述方法。
在所述方法的另一变型中，以位于前面的方法制造方法步骤B）中的颗粒，该位于前面的方法包括如下步骤：作为方法步骤a）熔化铝；作为方法步骤b）使来自方法步骤a）的熔化物雾化，从而构造核。
在另一变型中，该位于前面的方法还具有如下步骤：作为方法步骤c）研磨来自方法步骤b）的核。
在另一变型中，该位于前面的方法还具有如下步骤：作为方法步骤d）处理核，使得在核的表面上构造包裹物。方法步骤d）在此情况下可以在方法步骤c）之前或之后进行。
在此情况下，所述包裹物也可以在核与设置在核上的涂层之间构造。所述涂层在此情况下可以通过处理被部分地除去。
在下面的方案中详细描述一个实施例。铝——其例如是具有>99 mol-％含量的高纯度铝——在方法步骤a）中在约700℃的温度下被熔化。在随后的方法步骤b）中，所熔化的铝在高压下利用空气或惰性气体（氮气、Ar、He）被雾化。雾化系统和雾化参数对核的大小和形状具有影响。由此，还可以已经间接地影响例如稍后的包裹物的厚度。在随后的方法步骤c）中对核进行研磨。所述研磨例如可以是在碳氢化合物、试验汽油、石油醚或者甲苯中的湿研磨。这例如可以在直至70℃的温度下进行。所述研磨例如可以在使用所定义的大小和量的球状研磨体的情况下进行。在研磨步骤中可以添加例如蜡、油酸、硬脂酸或者棕榈酸的助磨剂。颗粒形状在此情况下非常强地取决于所引入的研磨能量和研磨体的硬度。
在另一变型中，利用有机溶剂通过洗涤完全地或部分地除去助磨剂。
在另一变型中，通过过滤过程来优化粒子大小和颗粒分布。
在方法步骤d）中处理核例如可以在炉子中在400℃的温度下进行。所述处理可以在例如1至12个小时的时间段跨度上进行。作为气氛可以在这里使用例如空气、氧气、氮气、或者氩。例如钝化的其他表面修改也可以在等离子体（氧气、空气、氩及其混合物）中进行。在此情况下可以根据所期望的规定目标调整等离子体功率和等离子体操作的持续时间。这样获得的颗粒对于潮气是稳定的并且还在整个pH值范围上是水解稳定的。
在所述方法的另一变型中，在方法步骤B）之前以及在方法步骤d）之后在方法步骤e）中对所述颗粒进行干燥。所述干燥例如可以在120℃的温度下在1至2个小时的时间段跨度上进行。在此情况下还可以同时施加真空（<13mbar）。
在所述方法的另一变型中，对热塑性塑料的加工包括如下方法步骤：制备、干燥、使原料均匀化以及成型。这些步骤中的每一个可以与彼此无关地在包括空气或惰性气体的气氛中进行。惰性气体气氛在此情况下可以包括氮、氩或氦并且例如当在该方法步骤中不期望构成包括AlOx的包裹物时是合理的。
所述方法可以包括附加的湿化学或干化学物理过程。
上述热塑性塑料例如可以用于光学或光电子器件的冷却。因此，该热塑性塑料可以例如用于SMD器件，该SMD器件例如可以在汽车工业中采用。
上述热塑性塑料此外可以用于使例如引线框架中的腐蚀最小化。所述引线框架在此情况下可以例如是镀银的引线框架。该引线框架例如可以用硅树脂或硅树脂混合物浇铸。对此特别良好地适合的是包括颗粒的热塑性塑料，所述颗粒具有<5μm、优选<1μm的包裹物。所述颗粒可以充当铝源，该铝源可以输出Al3＋离子。
附图说明
下面将借助于附图和实施例详细阐述本发明的变型。
图1a和1b分别示出穿过颗粒的实施方式的示意性横截面。
图2a和2b分别示出穿过光电子器件的实施方式的示意性横截面。
具体实施方式
图1a示出穿过颗粒1的示意性横截面。该颗粒1由核2以及直接设置在核2的表面上的包裹物3构成。
图1b示出穿过颗粒1的另一实施方式的示意性横截面。该颗粒1与在图1a中所示的颗粒相比附加地包括直接设置在包裹物3的表面上的涂层4。
图2a以示意性横截面示出光电子器件的一个实施方式。该光电子器件包括由热塑性塑料5制成的组件6。该热塑性塑料5包括颗粒1。组件6在该实施例中被成型为反射器。在反射器凹处的内部设置有辐射源7。该辐射源7例如可以是无机LED或者是有机LED（OLED）。辐射源7被浇铸有浇铸物8，该浇铸物8在辐射出射面处构造了透镜9。由辐射源7输出的辐射可以被反射器反射，由此该光电子器件的光效率得到提高。在辐射源运行时产生的热可以通过组件6引出到周围环境。在此情况下，热传导性通过置入到热塑性塑料5中的颗粒1得到明显提高。该实施方式例如良好地适于组件散热。颗粒优选如在薄片形状的情况下那样具有大的表面。
LED包括构成二极管的半导体。LED常常是所谓的III/V族半导体，即LED由周期表的第3族和第5族元素构造。LED此外包括例如位于LED的上侧的阳极和可以相应地设置在下侧的阴极。阳极可以通过接合线导电地与引线框架连接，LED可以设置在该引线框架上。如果施加导通方向上的电压，则电子在pn结处朝向复合层移动。在n掺杂侧上，电子聚集成导电带，以便在超过界面之后变换成更加能量有利的p掺杂的价带。在价带处，电子于是与这里存在的空穴重新结合。
OLED包括具有阳极和阴极的层堆叠。通过施加电压从所述阳极和阴极输出空穴或电子，这些空穴或电子分别朝向另一电极的方向移动。在载流子在光发射层中相遇以前，载流子在此情况下例如首先移动穿过传输空穴或传输电子的层。在该光发射层中，电子与空穴构成激发子。所述激发子可以激励位于发射层中的发光物质以输出辐射。OLED可以包括有机功能层，该有机功能层可以例如是光发射层、载流子阻挡层或者载流子传输层或者是它们的组合。
图2b以示意性横截面示出光电子器件的另一实施方式。该光电子器件同样如在图2a中所示的实施方式那样包括由热塑性塑料5制成的组件6。热塑性塑料5包括颗粒1。在这里，组件6也被成型为反射器。在反射器凹处的内部中设置有辐射源7。该辐射源7可以同样例如是无机LED或者是有机LED（OLED）。辐射源7被浇铸有浇铸物8，该浇铸物8在辐射出射面处构成透镜9。与在图2a中示出的实施方式不同，在该实施方式中，颗粒1设置在组件6的表面处。因此，该表面具有特别高的反射性。如果反射应当是定向的，则热塑性塑料优选包括具有光滑表面的球状颗粒。相反，如果反射应当是漫射的，则热塑性塑料优选包括具有不规则的粗糙表面的颗粒。
本发明不受到借助于实施例的描述的限制。更确切地说，本发明包括每种新的特征以及特征的每种新组合，这尤其是包含权利要求中特征的每种组合，即使当该特征或者该组合本身未在权利要求或实施例中明确说明时也是如此。
Claims (15)
1.一种电子器件、尤其是光学或光电子器件，包括具有热塑性塑料（5）的组件（6），该热塑性塑料（5）具有包括核（2）和包裹物（3）的颗粒（1），其中所述包裹物（3）设置在核（2）的表面上，并且其中所述核（2）包括铝。
2.根据权利要求1的器件，
其中所述包裹物（3）直接设置在所述核（2）的表面上。
3.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述包裹物（3）包括氧化物、氮化物或者氮氧化物。
4.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述包裹物（3）具有大于10nm的厚度。
5.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述包裹物（3）具有小于100μm的厚度。
6.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述包裹物（3）使核（2）电绝缘。
7.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述包裹物（3）在其表面上具有涂层（4）。
8.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述颗粒（1）具有作为d50值测量的10nm至50μm的中等粒子大小。
9.根据前述权利要求之一的器件，
其中颗粒（1）相对于热塑性塑料（5）的浓度在0.001至5 Gew-%之间。
10.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述核（2）具有至少99 mol-%的铝含量。
11.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述核（2）包括铝合金。
12.根据前述权利要求之一的器件，
其中所述组件（6）是壳体。
13.一种用于制造电子器件、尤其是光学或光电子器件的组件（6）的方法，
A）提供热塑性塑料（5），
B）嵌入包括核（2）和包裹物（3）的颗粒（1），其中所述包裹物（3）设置在核（2）的表面上，并且其中所述核（2）包括铝，
C）使组件（6）成型。
14.根据权利要求13的方法，
其中以位于前面的方法制造方法步骤B）中的颗粒（1），该位于前面的方法包括如下步骤：
a）熔化铝，
b）使来自方法步骤a）的熔化物雾化，从而构造核（2），
c）研磨来自方法步骤b）的核（2），
d）处理来自方法步骤c）的核（2），使得在核（2）的表面上构造包裹物（3）。
15.根据权利要求14的方法，
其中在方法步骤B）之前和在方法步骤d）之后在方法步骤e）中对颗粒（1）进行干燥。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120704 |