CN1439175A - 光电子元件和制造方法 - Google Patents
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Abstract
为将光学透镜固定在光电子发送器或接收器上提出，使用UV－或光引发的－阳离子硬化环氧树脂，在其帮助下，粘贴部位几秒钟之内硬化，由此可以定位。此外，提出将可液态使用的树脂成分作为胶粘剂使用，它们光学上配合，并对在光电子元件中长期可靠使用及其大批量生产实现最佳化。
Description
本发明涉及一种光电子元件，带有支座，其上设置有光电子发送器或接收器，带有涂覆在发送器或接收器上并将它们封闭的透明层，并带有设置在透明层上的光学元件。
这种元件例如DE 19755734 A1已有公开。它介绍的是一种SMD-可安装的光电子元件，它安装在带有一开口的支座上。光电子发送器或接收器设置在开口中，并利用光学上适用的透明塑料层封闭。通过透明塑料层和与其直接接触，作为光学元件设置有一透镜，借助于该透镜，控制元件的光入射或者光反射。为塑料层使用透明的填料，其中，在该填料完全硬化之前将透镜安装在塑料层上。当填料完全硬化时，在塑料层和光透镜之间既能形成良好的光学接触，也能形成良好的附着性。
这种方案的缺点是，透镜的准确校正非常困难，并且，透镜在硬化期间必须相对于基座或支座定位。由于在整个硬化期间，根据所使用的塑料最多只能要求用数十分钟和数小时，必须保持这一定位，所以，它使该光电子元件的制造变得困难。
本发明的目的在于提供一种光电子元件，其中，例如像透镜的光学元件可以简单可靠地校正和定位。
这一目的依据本发明，通过借助于权利要求1特征的上述类型的元件得以实现。本发明具有优点的结构以及配合精确的方法，由其他权利要求表明。
本发明提出，光学元件借助于由一整体树脂构成的粘接层粘贴在透明层上。借助于本发明，作为透明层使用的塑料层可以不依赖于光学元件硬化，需要时可对其表面进行处理。胶粘剂的整体树脂可以将光学元件很容易地安装到透明层上。
作为粘接层，最好使用UV(紫外线)-或光引发阳离子硬化的环氧树脂。具有这种硬化作用原理的树脂的优点是，它们在迅速的光或者UV-引发反应的过程中转入可以进行预定位的凝胶状态。在把这种树脂作为胶粘剂使用时，因此可以将所要粘贴的部件迅速定位。已经预定位部件的完全硬化，然后可以在其他步骤中完成，而不需像定位这类的附加辅助措施。
在这种情况下，硬化可以在几秒钟之内完成。甚至可以仅借助于光或者UV的短促闪光形成硬化。这已足够将所要粘贴的部件这样固定定位，从而可以在以后任意时间进行的完全硬化期间，所要粘贴部件的校正彼此相对保持。由此，可以将所要粘贴的部件迅速准确地定位，这特别是在光学系统中是非常重要的。
阳离子硬化树脂迅速硬化的其他优点是，硬化可以在任意温度下进行，可以在考虑到以后使用粘贴，特别是考虑到光电子元件以后的工作温度情况下选择硬化温度。优选在尽可能低的温度下，特别是最高在60℃的温度下，对粘接层进行照射感应的预硬化。按照这种方式可以避免在较高温度下硬化时，通过热膨胀可能进入粘贴部位的热应力。此外，应力降低的粘贴特点是提高稳定性，并可以重复方式制造。可能的话，可以根据材料特性而存在的热机械固定不变和进行重复调整。由此，也可以在以后的任意时间进行完全硬化。
此外，粘接层的化学和几何结构这样选择，使粘接层以扩大化方式考虑到光电子元件在温度、湿度和照射负荷下，既不能变黄，也不能发暗，并使其机械以及机械特性不退化。由此也要保证，既不能降低光电子元件的光效率，也不能改变反射特性。粘接层的机械强度也不能因所加的负荷而降低。因此可以确保，在制造、验收和全部工作期间工作正常，以及保证LED中一般10年的使用寿命。粘接层以及光电子元件或LED，适合于汽车制造领域很高的质量要求。
此外，通过适当选择树脂成分，可以使树脂具有足够高的玻璃转换温度TG，例如120℃或更高。这样，保证采用这种树脂粘贴的元件，即使在低于玻璃转换温度的工作温度下，也能可靠工作。这种高TG在元件的使用寿命期间均可保持，而不会在温度、光照或者湿度负荷下降低。
在树脂完全硬化之后，这种树脂丝毫没有光学不均匀性，既没有气态夹杂，也没有裂化、裂纹或者丝毫的分层。胶粘剂以及粘接化合物有足够的温度稳定性，并无损坏地和无功能故障地经受住对于SMD-元件的SMD安装所要求的浸焊条件。
经过硬化的粘接层可以调整到大于1.50的折射率nD。因此，它们是在光学上最适合用于光学元件而优选使用的光学模压塑料。
在粘贴透明部件时，如在本发明中那样，借助于UV或者可见光，透过所要粘贴的部件进行照射时，即可掌握整个粘接层体积，从而完成各个部位均匀的硬化。即使在照射强度小于100mW/cm2的情况下也能达到。
树脂在液流学上配合，使60℃下的微计量可以有＜±3wt％的计量差，从而使粘接层可以较薄的层厚度，例如最多100μm准确和可重复进行涂覆，从而得到粘贴化合物的良好粘贴特性。粘贴方法这样设计，使在高度自动化程度高的生产中，可以具有较高的生产能力。这一点特别是通过快速硬化时间得以实现，透镜可以利用这一时间在塑料层上定位。
对于依据本发明的元件来说，优选使用可液态使用的环氧树脂系，它具有在下列重量百分比中规定的一般成分：
单-和多功能环氧树脂 80-99wt％
单功能环氧树脂
(活性稀释剂，单缩水甘油醚) 0-10wt％
(聚醚类)乙烯乙醚 0-20wt％
脂肪族或环脂肪族酒精 0-10wt％
增塑剂
(有机功能的乙醇化物-硅氧烷) 0-5wt％
处理辅助剂，最好是硅-或丙烯酸盐基上的 0-1wt％
消气剂，最好是硅-或丙烯酸盐基上的 0-1wt％
UV-作用的阳离子催化剂 0.1-2wt％
作为阳离子硬化的光引发剂，例如用UVI6974(CIBASC)。为了以后的热硬化，还可以为了使阳离子引发的热硬化而使用光引发剂。此时，优选使用硫化铪-和翁盐(Oniumsalzes)(硫盐)。一种适用的引发剂例如是S-Benzylthiolaniumhexaflurantimonat(Aldrich)。
下面，借助于图1和2所示的实施例，对本发明做详细说明。
其中
图1示出依据本发明元件第一个实施例的剖视图，和
图2a和2b示出依据本发明元件第二个实施例的剖视图和细部视图。
相同的或相同作用的元件，在图中采用同一符号标示。
图1中所示元件的基座，在形成外壳3情况下，通过在压力下外部注入带有高温热塑性塑料的导线带2构成。外壳中间具有一开口，开口里面设置有光发送器或光接收器，并与具有SMD能力的触点导线带电气连接。外壳中的开口最好具有倾斜的侧面4，因此它们可以作为光电子元件的反射器使用。
在将光发送器或光接收器1在开口中安装和触点接通后，采用可流动的填料将开口填充，并在随后将封闭发送器或接收器的塑料层5硬化。在塑料层5上，涂覆UV-引发-阳离子硬化的环氧树脂的薄层6，层厚例如为90μm。在以后构成粘贴层的该树脂层6上，随后安装作为光学元件的光学透镜7，校正并可能的话暂时在准确位置中定位。
最好在光学元件的结合面上形成结构8，它们可以使所要粘贴的表面产生更好的机械啮合。它们可以例如是拴、榫或类似形状的凸出部或凹陷部。也可以是横截面上锯齿状的拓扑结构。这种结构例如可以在结合面上形成。
此外，结合侧上的透镜或一般是光学元件，可以具有未示出的表面拓扑形状，它偏离平面。它可以特别是一种确定的粗糙度或皱纹。
在彼此精确的和可重复的距离内校正所要粘贴部件的优点是，间隔元件或者定位格架设置在接触面之间。它们可以使接触面之一的部分和例如在光学元件上形成。
透镜本身为了有目的地调整反射特性，除了示出的凸面几何形状外，还具有平面平行的或者凹面的反射面以及不同的曲率半径。
在光学元件校正之后，将整个设置短时间从上面进行UV-照射，例如UV-短促闪光。在几秒钟后，特别是在0.1至5秒钟后，光学透镜7足够定位在塑料层5上，而且粘接层6足够硬化。
在第二步骤中，粘接层6随后完全硬化，例如两秒钟时间，在120℃下。
下面，为依据本发明使用的UV-引发的-阳离子硬化环氧树脂，以重量单位(ppw)选择规定成分。
例a)
双酚-A-环氧浇铸树脂，GY260 88.9ppw
环氧酚醛清漆D.E.N 438 10.9ppw
Tego-DF48(增塑剂) 0.4ppw
引发剂UVI6974 1.0ppw
例b)
双酚-A-环氧浇铸树脂，GY260 88.9ppw
环氧酚醛清漆D.E.N 438 10.0ppw
BYKA506 0.4ppw
引发剂UVI6974 0.7ppw
采用两种环氧树脂成分a和b，得到带有粘接层的光电子元件，它们在元件可能的使用条件下，对温度-、湿度-和照射负荷如此稳定，以至于它们既不会发黄、变暗，也不会有降低光效率或改变反射特性的其他变化。这些树脂成分可在几秒钟内硬化，并且在完全硬化后，显示出一种足够的附着强度。它们经受3×260℃的浸焊勺条件没有损坏，也没有降低粘接层的热机械特性。
另一种没有在实施例中介绍的改型，涉及到在乙烯乙醚上一定量的添加物，在它们的帮助下可以进一步缩短硬化时间。因此，可以加速硬化，并由此进一步提高制造光电子元件时的产量。此外，其他成分可以这样选择，使它们与塑料层达到最佳的光学配合，以至于在从塑料层向粘接层过渡时，或者在从粘接层向透镜过渡时不出现光学损耗。
图2是依据本发明元件的另一个实施例的剖视图。
与第一个实施例的区别在于，结合侧上的透镜7具有斜坡9，从而使胶粘剂间隙向元件的边缘扩展。该斜坡9例如也可以在光学元件的结合侧上构成环绕斜边。
通过这种造型，为溢出的胶粘剂形成容器。胶粘剂在边缘侧根据表面张力构成内角倒圆10，如图2b中的局部视图详细示出的那样。优点是降低溢出的胶粘剂到达外壳侧壁的危险。为此，也降低了对胶粘剂计量精度的要求。
在光学元件的结合侧上，形成拴状结构8，它们在透镜7和塑料层5之间作为衬垫使用。由此，保证粘接层6的厚度确定和均匀。该衬垫8还在粘接层6和透镜之间形成啮合，它提高了胶粘剂化合物的强度。
用实施例描述本发明，但是，本发明不限于此。
Claims (18)
1.一种光电子元件，带有支座，其上设置有光电子发送器或者接收器，带有涂覆在发送器或者接收器上并将它们封闭的透明层，并带有设置在透明层上的光学元件，其特征在于，
光学元件借助于由一整体树脂构成的粘接层粘贴在透明层上。
2.按权利要求1所述的元件，其中，粘接层为一UV-或光引发阳离子硬化的环氧树脂。
3.按权利要求1或2所述的元件，其中，粘接层具有高于100℃的玻璃转换温度。
4.按权利要求1至3之一所述的元件，带有与透明层光学配合的粘接层。
5.按权利要求1至4之一所述的元件，其中，透明层和光学元件由玻璃、聚丙烯酸酯、聚氨酯或者环氧树脂造型材料组成。
6.按权利要求1至5之一所述的元件，其中，结合侧上的光学元件具有一确定的粗糙度或皱纹。
7.按权利要求1至6之一所述的元件，其中，光学元件的结合侧上构成啮合。
8.按权利要求7所述的元件，其中，通过凹陷部或凸起部，特别是在光学元件上成型的榫-或拴状的结构构成啮合。
9.按权利要求1至8之一所述的元件，其中，在光学元件和透明层之间设置有间隔元件，最好是在光学元件上成型。
10.一种方法，用于配合精确地粘贴光电子元件的透明部件，有下列步骤：
-将一阳离子引发的硬化环氧树脂的薄树脂层涂覆到所要粘贴的透明部件表面；
-将其他透明部件在树脂层上安装和校正；
-进行UV或光照射使树脂层硬化；
-树脂层完全硬化。
11.按权利要求10所述的方法，
其中，树脂层的完全硬化在高温下进行。
12.按权利要求10或11所述的方法，其中，在照射强度小于100mW/cm2下，进行小于5秒钟的UV照射。
13.按权利要求12所述的方法，其中，通过UV-短促闪光进行UV-照射，在高于120℃温度下进行硬化。
14.按权利要求10至13之一所述的方法，其中，为树脂层使用含有双酚A的缩水甘油醚作为主要成分，并使用释放阳离子的光引发剂。
15.按权利要求14所述的方法，其中，使用环氧树脂，它包括在下列重量百分比中规定的成分：
80-99wt％的单-和多功能环氧树脂
0至10wt％的单功能环氧树脂
0-19wt％的乙烯乙醚
0-10wt％的脂肪族或环脂肪族酒精
0-5wt％的增塑剂
0.1-5wt％的阳离子引发硬化的光引发剂
16.采用双酚A的缩水甘油醚作为主要成分的阳离子引发的硬化环氧树脂，用于位置精确地粘贴带有其他光学元件，像镜子或者透镜的光电子元件的透明部件。
17.按权利要求16所述，用于精确粘贴下列结合材料成份：塑料/塑料，塑料/玻璃，玻璃/玻璃。
18.按权利要求17所述，用于功能可靠地粘贴汽车制造领域的SMD能力的光电子元件。
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