DE102011018921B4 - Träger, optoelektronisches Bauelement mit Träger und Verfahren zur Herstellung dieser - Google Patents

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Abstract

Träger (1) für ein optoelektronisches Bauelement mit einem Trägermaterial, das Polyethylenterephthalat aufweist, das Reflektorpartikel und einen weiteren Füllstoff enthält, wobei- das Trägermaterial weiterhin ein Vernetzungsadditiv enthält, das zumindest teilweise mit dem Polyethylenterephthalat vernetzt ist,- der weitere Füllstoff Glasfasern, Glaskugeln, Zellulosefasern und/oder einen Mineralfüllstoff aufweist,- die Reflektorpartikel einen Anteil von größer oder gleich 15 Gew.-% und kleiner oder gleich 30 Gew.-% und der weitere Füllstoff einen Anteil von größer oder gleich 20 Gew.-% und kleiner oder gleich 50 Gew.-% am Trägermaterial aufweist und- das Trägermaterial weiterhin Polybutylenterephthalat mit einem Anteil von kleiner oder gleich 20 Gew.-% am Trägermaterial aufweist.

Description

  • Es werden ein Träger, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Träger sowie Verfahren zur Herstellung dieser angegeben.
  • Im Stand der Technik, wie beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2005 036 520 A1 , US 2012 / 0 112 220 A1 , JP 2010 - 161 234 A und US 2010 / 0 314 654 A1 , sind Gehäusematerialien für Leuchtdioden bekannt, die beispielsweise auf weißen, thermoplastischen Polymeren wie etwa hochtemperaturstabilen Polyamiden basieren. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Materialien bei erhöhten Temperaturen sowie Einwirkung insbesondere von blauem Licht zur Vergilbung neigen können. Durch ein derartiges Alterungsverhalten kann beispielsweise die Leichtintensität einer Leuchtdiode durch ein verringertes Reflexionsvermögen des Gehäuses abnehmen.
  • Es sind zwar Thermoplaste mit verbessertem Alterungsverhalten bekannt, beispielsweise Flüssigkristallpolymere (LCP: „liquid crystal polymer“) oder Polyetheretherketone (PEEK). Diese Materialien weisen jedoch eine geringere Reflektivität auf, wodurch ein Lichtverlust aufgrund einer verringerten Abstrahlintensität in Kauf genommen werden muss.
  • Weiterhin sind auch weiße Silikone bekannt, die jedoch mechanische Schwächen, insbesondere Sprödigkeit, aufweisen und sehr teuer sind.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, einen Träger für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen liegen darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Träger sowie Verfahren zur Herstellung eines Trägers oder eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch Gegenstände und Verfahren gemäß der nachfolgenden Beschreibung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände und der Verfahren sind in den Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Träger ein Trägermaterial auf, das Polyethylenterephthalat enthält. Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass durch das Polyethylenterephthalat im Trägermaterial eine sehr gute Vergilbungsbeständigkeit erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere bei der Bestrahlung des Trägers mit energiereichem Licht, also beispielsweise blauem und/oder ultraviolettem Licht, und einer gleichzeitig erhöhten Temperatur. Es wurde beobachtet, dass nach dem Stand der Technik üblicherweise verwendete Polyamide bereits bei relativ kurzer Bestrahlung mit blauem Licht bei einer erhöhten Temperatur von etwa 120°C deutliche Alterungserscheinungen an den bestrahlten Stellen zeigen. Hingegen wurden solche Alterungserscheinungen durch das hier beschriebene Trägermaterial unter gleichartigen Strahlungsbedingungen und sogar bei noch höherer Temperatur nicht beobachtet. Somit konnten beim hier beschriebenen Träger mit dem Polyethylenterephthalat-enthaltenden Trägermaterial Alterungserscheinungen insbesondere bei Lichtwellenlängen in einem blauen bis ultravioletten Spektralbereich vermieden werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial Reflektorpartikel auf. Die Reflektorpartikel können insbesondere im Polyethylenterephthalat des Trägermaterials verteilt sein. Weiterhin können die Reflektorpartikel insbesondere geeignet sein, das Trägermaterial mit reflektierenden und/oder Licht streuenden Eigenschaften auszustatten. Dazu können die Reflektorpartikel Licht streuend und/oder Licht reflektierend sein. Insbesondere kann das Trägermaterial durch die Reflektorpartikel eingefärbt erscheinen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reflektorpartikel das Trägermaterial weiß einfärben, sodass der Träger in einem breiten Spektralbereich, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich und besonders bevorzugt im ultravioletten, im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich reflektierend ist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass durch die Reflektorpartikel und das damit verbundene Einfärben des Trägermaterials dessen Strahlungsbeständigkeit erhöht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Reflektorpartikel ein unbuntes anorganisches Pigment mit einem hohen Brechungsindex von bevorzugt größer oder gleich 1,7 auf. Die Reflektorpartikel können dabei mindestens eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Titanoxid, insbesondere Titandioxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid, insbesondere Zirkoniumdioxid (ZrO2), Bariumsulfat (BaSO4).
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Reflektorpartikel besonders bevorzugt Partikelgrößen von 200 bis 500 nm auf. Die Partikelgrößen können beispielsweise mittels Siebverfahren gemessen werden. In einem derartigen Größenbereich sind die Reflektorpartikel besonders geeignet für eine hohe Reflektivität und gewährleisten weiterhin auch vorteilhafte Eigenschaften bezüglich der Formstabilität des Trägermaterials.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial einen Anteil der Reflektorpartikel auf, der größer oder gleich 15 Gew.-% im Verhältnis zum Gesamtgewicht des Trägermaterials ist. Weiterhin kann der Anteil der Reflektorpartikel bevorzugt kleiner oder gleich 30 Gew.-% am Trägermaterial sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial Polyethylenterephthalat sowie Reflektorpartikel auf. Untersuchungen haben gezeigt, dass beispielsweise mit Titandioxid eingefärbtes Polyethylenterephthalat über eine herausragende Altersstabilität und über eine sehr hohe Reflektivität im Vergleich zu den üblichen Materialien aus dem Stand der Technik für Leuchtdiodengehäuse verfügt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial zumindest einen weiteren Füllstoff auf. Der weitere Füllstoff kann insbesondere die Formstabilität des Trägers bei Erwärmung erhöhen. Zudem können auch die mechanischen Eigenschaften des Trägers verbessert werden, beispielsweise die Stabilität des Trägers gegenüber Zug- und Scherspannungen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial Polyethylenterephthalat auf, das Reflektorpartikel und zumindest einen weiteren Füllstoff enthält. Beispielsweise kann das Trägermaterial im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat bestehen, in dem Reflektorpartikel und zumindest ein weiterer Füllstoff enthalten und insbesondere beispielsweise eingemischt sind.
  • Der weitere Füllstoff kann beispielsweise faserartige Materialien aufweisen, insbesondere Glasfasern. Diese können beispielsweise eine durchschnittliche Länge von 200 bis 400 um und einen durchschnittlichen Durchmesser von 6 bis 15 µm aufweisen.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe von Glasfasern zum Trägermaterial die Wärmeformbeständigkeit des Trägermaterials im Vergleich zu einer Mischung aus Polyethylenterephthalat und Reflektorpartikeln auf etwa 255°C erhöht werden kann, was beispielsweise eine Lötfähigkeit des Trägers bei maximalen Temperaturen von 250°C +/- 5°C garantiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial ein Vernetzungsadditiv auf. Durch das Vernetzungsadditiv kann die Wärmeformbeständigkeit weiter erhöht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial Polyethylenterephthalat auf, das Reflektorpartikel, zumindest einen weiteren Füllstoff und ein Vernetzungsadditiv enthält. Beispielsweise kann das Trägermaterial im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat mit dem Vernetzungsadditiv bestehen, in dem Reflektorpartikel und zumindest ein weiterer Füllstoff enthalten und insbesondere beispielsweise eingemischt sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial als Vernetzungsadditiv Tetraallylisocyanuarat auf. Das Vernetzungsadditiv kann dem Trägermaterial vor dem Ausbilden des Trägers zugesetzt werden, beispielsweise durch Mischen oder durch Schmelzmischen. Insbesondere im Falle von reinem Tetraallylisocyanuarat kann das Vernetzungsadditiv in flüssiger Form vorliegen, sodass sich dieses in flüssiges oder verflüssigtes Polyethylenterephthalat einmischen lässt. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Vernetzungsadditiv, also beispielsweise Tetraallylisocyanuarat, in Form eines Masterbatches mit Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat bereitgestellt wird, insbesondere als hochkonzentrierter Masterbatch, und in die vorab genannten Materialien für das Trägermaterial, insbesondere das Polyethylenterephthalat, eingemischt oder durch Schmelzmischen eingemischt wird. Letzteres kann auch als Eincompoundieren bezeichnet werden. In diesem Fall kann das Trägermaterial beispielsweise im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat mit dem Vernetzungsadditiv und dem dem verwendeten Masterbatch zugrundeliegenden Polymer, also besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat, bestehen, in dem Reflektorpartikel und zumindest ein weiterer Füllstoff enthalten und insbesondere beispielsweise eingemischt sind.
  • Das Vernetzungsadditiv kann zumindest teilweise mit dem Polyethylenterephthalat des Trägermaterials vernetzt sein. Durch den Anteil des mit dem Polyethylenterephthalat vernetzten Vernetzungsadditivs kann die Wärmeformbeständigkeit des Trägermaterials eingestellt und insbesondere im Vergleich zu einem Trägermaterial ohne Vernetzungsadditiv erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Vernetzungsadditiv komplett im Trägermaterial vernetzt. Mit anderen Worten ist das gesamte im Trägermaterial vorhandene Vernetzungsadditiv im Polymernetzwerk des Trägermaterials eingebaut. Ein derartiger kompletter Einbau beziehungsweise eine komplette Vernetzung kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Vernetzungsadditiv in unvernetzter Form zu einer Vergilbung oder anderen Alterungserscheinungen des Trägermaterials führen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Vernetzungsadditiv einen Anteil von kleiner oder gleich 4 Gew.-% am Trägermaterial auf. Weiterhin kann das Vernetzungsadditiv einen Anteil von größer oder gleich 2 Gew.-% am Trägermaterial aufweisen. Durch den Anteil des Vernetzungsadditivs, der dem Trägermaterial zugegeben wird, kann die Wärmeformbeständigkeit des Trägers insbesondere nach der Vernetzung im Polymernetzwerk des Trägermaterials, beispielsweise einer Strahlenvernetzung, weiter erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß weist das Trägermaterial ein Vernetzungsadditiv sowie einen weiteren Füllstoff auf. Der weitere Füllstoff weist Glasfasern, Glaskugeln, Zellulosefasern und/oder einen Mineralfüllstoff auf, oder aber auch Gemische der genannten Materialien Auch. Zellulosefasern und Gemische von Zellulosefasern mit einem oder mehreren der vorgenannten Materialien können als weitere Füllstoffe im Trägermaterial enthalten sein. Als Mineralfüllstoffe können, in Faser-, Pulver- oder Plättchenform, beispielsweise Wollastonid, Kreide (Kalziumkarbonat) und/oder Talkum, in das Trägermaterial eingemischt werden. Bei der Verwendung von derartigen Mineralfüllstoffen kann das Trägermaterial eine besonders glatte Oberfläche ausbilden, sodass eine besonders glatte Trägeraußenfläche erreicht werden kann.
  • Erfindungsgemäß weist das Trägermaterial den weiteren Füllstoff mit einem Anteil von größer oder gleich 20 Gew.-% gemessen am Trägermaterial auf. Weiterhin weist das Trägermaterial einen Anteil von kleiner oder gleich 50 Gew.-% am Trägermaterial auf. Durch eine Beimischung des weiteren Füllstoffs mit einem Anteil im genannten Bereich kann mit Vorteil eine hohe Formbeständigkeit, insbesondere eine hohe Wärmeformbeständigkeit, sowie eine Verbesserung der mechanischen Stabilität erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß weist das Trägermaterial weiterhin Polybutylenterephthalat auf. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Anteil von Polybutylenterephthalat am Trägermaterial kleiner oder gleich 20 Gew.-% und bevorzugt kleiner oder gleich 10 Gew.-% ist. Dadurch kann das Trägermaterial immer noch einen ausreichend hohen Anteil des Polyethylenterephthalat enthalten. Beispielsweise kann das Trägermaterial im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat mit einer Beimischung aus Polybutylenterephthalat mit einem Anteil von kleiner oder gleich 20 Gew.-% und bevorzugt von kleiner oder gleich 10 Gew.-% am Trägermaterial bestehen, in dem Reflektorpartikel und zumindest ein weiterer Füllstoff enthalten und insbesondere beispielsweise eingemischt sind. Weiterhin kann das Trägermaterial im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat mit einer Beimischung aus Polybutylenterephthalat mit einem Anteil von kleiner oder gleich 20 Gew.-% und bevorzugt von kleiner oder gleich 10 Gew.-% am Trägermaterial und mit einem Vernetzungsadditiv bestehen, in dem Reflektorpartikel und zumindest ein weiterer Füllstoff enthalten und insbesondere beispielsweise eingemischt sind.
  • Durch eine Beimischung von Polybutylenterephthalat zum Trägermaterial kann die Verarbeitbarkeit und insbesondere auch die Kristallisation des Trägermaterials verbessert werden. Durch die etwas längere Alkylen-Kette von Polybutylenterephthalat im Vergleich zu Polyethylenterephthalat kann eine bessere Kristallisationsneigung des Trägermaterials erreicht werden. Durch einen hohen Kristallisationsgrad des Trägermaterials im fertig gestellten Träger kann erreicht werden, dass das Trägermaterial oberhalb der Glastemperatur formstabil ist. Dabei kann durch einen besonders hohen Kristallisationsgrad die Formstabilität des Trägers maximiert werden. Darüber hinaus kann durch eine Beimischung von Polybutylenterephthalat eine Optimierung des Trägermaterials hinsichtlich mechanischer Eigenschaften wie etwa Steifigkeit, Festigkeit, Zähigkeit, Wasseraufnahme und Schrumpfungsaufnahme erreicht werden sowie auch eine bessere chemische Beständigkeit. Darüber hinaus kann durch eine Beimischung von Polybutylenterephthalat die Strahlenvernetzbarkeit des Trägermaterials verbessert werden.
  • Eine Erhöhung des Kristallisationsgrads kann beispielsweise auch erreicht werden, wenn ein Spritzgussverfahren zur Herstellung des Trägers verwendet wird, bei dem das hier beschriebene Trägermaterial durch Spritzguss ausgeformt wird und entsprechend langsam abgekühlt wird oder indem ein Nukleationsmittel zugesetzt wird. Durch das Hinzufügen von Polybutylenterephthalat zum Trägermaterial kann auf den Kristallisationsgrad zusätzlich Einfluss genommen werden.
  • Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein optoelektronisches Bauelement einen Träger mit den Merkmalen gemäß zumindest einer oder mehreren der vorgenannten Ausführungsformen auf. Weiterhin ist auf dem Träger ein optoelektronischer Halbleiterchip angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der optoelektronische Halbleiterchip als Licht emittierender und/oder Licht empfangender Halbleiterchip ausgeführt. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip, einen Laserdiodenchip und/oder einen Fotodiodenchip handeln. Weiterhin können zumindest zwei oder auch mehrere optoelektronische Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass auf dem Träger weitere elektronische Komponenten, beispielsweise Schutzdioden gegen elektrostatische Entladungen, so genannte ESD-Schutzdioden (ESD: „electro-static discharge“), angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Träger als Trägerplatte ausgebildet. Dabei kann der Träger insbesondere als ebener Träger beziehungsweise als ebene oder zumindest teilweise ebene Trägerplatte für den optoelektronischen Halbleiterchip dienen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Träger als Gehäuse mit einer Gehäusevertiefung ausgebildet. In der Gehäusevertiefung mit einer vorzugsweise ebenen oder zumindest teilweise ebenen Grundfläche kann der optoelektronische Halbleiterchip angeordnet sein. Insbesondere kann die Gehäusevertiefung beispielsweise seitlich begrenzende Seitenwände aufweisen, die einen im Gehäuse angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip seitlich umgeben. Die Seitenwände können hierbei senkrecht zur Grundfläche der Gehäusevertiefung ausgerichtet sein, besonders bevorzugt können sie aber zumindest teilweise schräg ausgebildet sein, sodass die Gehäusevertiefung beispielsweise eine wannenförmige Geometrie mit einer sich von der Grundfläche vergrößernden Querschnittsfläche aufweist. Die Seitenwände der Gehäusevertiefung können insbesondere so ausgebildet sein, dass sie das von einem als Licht emittierenden Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip abgestrahlte Licht oder die von einem als Licht empfangenden Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip zu empfangende elektromagnetische Strahlung reflektieren. Insbesondere können die im Trägermaterial enthaltenen Reflektorpartikel vorteilhaft oder sogar erforderlich für eine derartige Reflexion sein. Bei dem abgestrahlten oder zu empfangenden Licht kann es sich insbesondere um Licht mit einer Wellenlänge aus einem Spektralbereich von UV-Strahlung bis zum Spektralbereich von Infrarot-Strahlung handeln, insbesondere auch um sichtbares Licht. Die reflektierenden Seitenwände der Gehäusevertiefung können beispielsweise ringartig, also etwa kreisförmig oder oval, ausgebildet sein. Es sind auch eckige Formen oder Mischformen möglich. Im optoelektronischen Halbleiterbauelement umgeben die reflektierenden Seitenwände der Gehäusevertiefung in der Regel ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, das in der Gehäusevertiefung angeordnet ist, rahmenartig.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Gehäuse mit einer Gehäusevertiefung auf, in der ein optoelektronischer Halbleiterchip angeordnet ist, wobei der Träger den Teil der Gehäusevertiefung des Gehäuses bildet. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Seitenwände und/oder die Grundfläche der Gehäusevertiefung durch den Träger gebildet werden. Der Träger kann weiterhin mit einem weiteren Material, insbesondere einem weiteren Kunststoffmaterial, das sich vom Trägermaterial unterscheidet verbunden oder von diesem zumindest teilweise umgeben sein, so dass der Träger mit dem weiteren Material, insbesondere dem weiteren Kunststoffmaterial, einen Kunststoffgehäusekörper des Gehäuses bildet. Das sich bevorzugt zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und dem weiteren Material der Träger befindet, kann das zweite Material ungeachtet seiner optischen Eigenschaften gewählt werden, das beispielsweise im Falle eines Licht emittierenden Halbleiterchips von diesem abgestrahltes Licht nur auf den Träger, nicht aber auf das weitere Material fallen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Träger einen Leiterrahmen, Leiterbahnen und/oder Durchkontaktierungen auf. Dadurch kann der Träger insbesondere elektrische Anschlüsse aufweisen, mittels derer das optoelektronische Bauelement und insbesondere der optoelektronische Halbleiterchip auf dem Träger elektrisch kontaktiert werden können. Der optoelektronische Halbleiterchip kann vorzugsweise auf elektrischen Kontaktbereichen des Leiterrahmens, einer Leiterbahn und/oder von Durchkontaktierungen angeordnet oder zumindest elektrisch kontaktiert sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf dem Träger eine Vergussmasse angeordnet, die den optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt. Die Vergussmasse kann beispielsweise transparent oder transluzent sein und einen Kunststoff, beispielsweise ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Vergussmasse Streupartikel aufweist, die beispielsweise wie die oben beschriebenen Reflektorpartikel des Trägermaterials ausgebildet sein können. Weiterhin kann die Vergussmasse beispielsweise auch einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die zumindest einen Teil des Lichts, das von einem als Licht emittierenden Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip abgestrahlt wird, in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandeln, sodass das optoelektronische Bauelement mischfarbiges Licht abstrahlen kann. Wellenlängenkonversionsstoffe sowie weitere Materialien für die Vergussmasse sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.
  • Ist der Träger als Trägerplatte ausgebildet, so kann die Vergussmasse beispielsweise als linsenförmige Umformung des optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet sein. Im Falle eines Trägers, der als Gehäuse mit einer Gehäusevertiefung ausgebildet ist, kann die Vergussmasse die Vertiefung zumindest teilweise oder auch ganz füllen und dabei beispielsweise eine ebene Lichtauskoppelfläche bilden, über die das von einem als Licht emittierenden Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip abgestrahlte Licht vom optoelektronischen Bauelement abgestrahlt werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Vergussmasse über der Gehäusevertiefung gewölbt, beispielsweise linsenförmig, ausgebildet ist, um beispielsweise eine gewünschte Abstrahlcharakteristik zu ermöglichen.
  • Es kann auch möglich sein, dass auf einem als Licht emittierenden Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip direkt ein Wellenlängenkonversionselement in Form eines Konversionsplättchens oder eines direkt aufgebrachten Wellenlängenkonversionsstoffs ausgebildet ist. Der optoelektronische Halbleiterchip mit dem Wellenlängenkonversionselement kann weiterhin mit der Vergussmasse bedeckt und umformt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Trägers oder eines optoelektronischen Bauelements das Trägermaterial gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen durch Spritzguss zum Träger ausgeformt. Dabei kann, wie oben beschrieben, beispielsweise durch einen langsamen Abkühlvorgang der Kristallisationsgrad des Trägermaterials beeinflusst werden.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale für den Träger, das Trägermaterial und das optoelektronische Bauelement gelten gleichermaßen für Verfahren zur Herstellung des Trägers und für Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements und umgekehrt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird dem Trägermaterial vor dem Spritzgussverfahren ein Vernetzungsadditiv, beispielsweise Tetraallylisocyanuarat, zugemischt. Durch entsprechende Behandlung des Trägermaterials nach dem Spritzgussverfahren kann das Trägermaterial zumindest teilweise nachvernetzt werden. Die Behandlung kann beispielsweise Elektronenbestrahlung, thermische Bestrahlung und/oder Bestrahlung mit ultraviolettem Licht umfassen. Nach dem Spritzguss und dem Ausformen des Trägers kann etwa durch Elektronenbestrahlung das Trägermaterial zumindest teilweise nachvernetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass dabei insbesondere im Fall von Tetraallylisocyanuarat als Vernetzungsadditiv eine Elektronenbestrahlung mit einer Energiedosis von größer oder gleich 65 kGy und kleiner oder gleich 135 kGy vorteilhaft ist. Je höher die Energiedosis der Elektronenbestrahlung, desto größer kann der erreichbare Vernetzungsgrad im Trägermaterial werden, wodurch auch die Wärmeformbeständigkeit erhöht werden kann. Somit kann durch eine geeignete Wahl des Anteils eines Vernetzungsadditivs sowie der Energiedosis der durchgeführten Elektronenbestrahlung der gewünschte Vernetzungsgrad des Trägermaterials und damit die gewünschte Wärmeformbeständigkeit des Trägermaterials und damit des Trägers gezielt eingestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass dadurch Träger herstellbar sind, die eine einstellbare Wärmeformbeständigkeit im Bereich von 250°C bis zu mehr als 300°C aufweisen. Beispielsweise kann der Träger mit dem hier beschriebenen Trägermaterial eine Wärmeformbeständigkeit bis zu 310°C aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass der Träger lötbar ist und bei Lötverfahren wie etwa bleifreiem Löten eingesetzt werden kann. Das Vernetzungsadditiv kann dabei vor dem Spritzgussverfahren dem Trägermaterial wie weiter oben beschrieben durch Einmischen oder Schmelzmischen zugeführt werden.
  • Durch die Einstellung der Anteile der beschriebenen Bestandteile des Trägermaterials können die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials und damit des Trägers optimiert werden, um die Lebensdauer des Trägers und insbesondere eines optoelektronischen Bauelements mit dem Träger zu maximieren. Weiterhin kann durch das Trägermaterial ein Träger beziehungsweise ein optoelektronisches Bauelement mit einem Träger herstellbar sein, dass eine hohe Reflektivität von über 90% in einem sichtbaren Spektralbereich, also einem blauen bis roten Spektralbereich, und insbesondere auch in einem Spektralbereich, der sich vom nahen Ultraviolett bis ins Infrarote erstreckt, erreicht werden kann. Das hier beschriebene Trägermaterial kann insbesondere Träger ermöglichen, die eine hohe Reflektivität von über 92% in einem Spektralbereich von 440 nm bis 750 nm aufweisen. Durch die hohe Alterungsbeständigkeit kann die hohe Reflektivität auch über eine lange Betriebsdauer und bevorzugt während der gesamten Lebensdauer eines optoelektronischen Bauelements mit dem hier beschriebenen Träger ermöglicht werden, da mit Vorteil auch bei erhöhten Temperaturen das hier beschriebene Trägermaterial keine oder im Vergleich zum im Stand der Technik bekannten Material zumindest wesentlich geringere Verfärbungen aufweist. Dabei kann das hier beschriebene Trägermaterial auch günstiger in Anschaffung und Verarbeitung im Vergleich zu bekannten Materialien wie beispielsweise Polyamid sein.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts für ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 und 3 schematische Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen mit einem Träger gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
    • 4 bis 5D Messungen von Parametern von Trägermaterialien und Trägern beziehungsweise optoelektronischen Bauelementen im Vergleich zum Stand der Technik.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
  • In 1 ist ein Verfahrensschritt für ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers 1 gezeigt. Der Träger 1 wird dabei aus einem Trägermaterial mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Hierzu wird im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Leiterrahmenverbund 20 bereitgestellt, der für eine Vielzahl von Trägern 1 Leiterrahmen 2 bereitstellt, die als elektrische Anschlussflächen, Kontaktflächen und externe elektrische Anschlüsse dienen. Der Träger 1 kann dabei, wie in 1 rein beispielhaft gezeigt ist, als Gehäuse mit einer Gehäusevertiefung 10 ausgebildet sein, in der Öffnungen 11 vorhanden sind, durch die der Leiterrahmen 2 innerhalb der Gehäusevertiefung 10 kontaktierbar ist. Weiterhin weisen die im gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellten Gehäuse 1 eine Markierung 12 in Form einer teilabgeschrägten Ecke des Trägers 1 auf, mittels derer die Anordnung und Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements mit dem hier gezeigten Träger 1 ermöglicht werden kann.
  • Die hier gezeigten Träger werden durch Spritzgießen eines geeigneten Trägermaterials hergestellt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel Polyethylenterephthalat aufweist, das Reflektorpartikel und einen weiteren Füllstoff enthält. Der Füllstoff kann beispielsweise Titandioxid aufweisen oder sein oder auch eines oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Materialien. Als weiterer Füllstoff werden dem Trägermaterial Glasfasern hinzugefügt, die die mechanische Festigkeit und die Wärmeformbeständigkeit des herzustellenden Trägers 1 erhöhen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Trägermaterial erfindungsgemäß einen Anteil von größer oder gleich 15 Gew.-% und kleiner oder gleich 30 Gew.-% Reflektorpartikeln sowie einen Anteil von größer oder gleich 20 Gew.-% und kleiner oder gleich 50 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 30 Gew.-% und kleiner oder gleich 50 Gew.-% des weiteren Füllstoffs auf. Mit einem derartigen Trägermaterial können Träger 1 hergestellt werden, die eine Wärmeformbeständigkeit und damit eine Lötbarkeit bis zu einer Temperatur von 250°C +/- 5°C ermöglichen.
  • Um die Wärmeformbeständigkeit der Träger 1 weiter zu erhöhen, insbesondere auf eine Löttemperatur von größer oder gleich 260°C und bis zu 310°C, kann dem Trägermaterial ein Vernetzungsadditiv, im gezeigten Ausführungsbeispiel Tetraallylisocyanuarat mit einem Anteil von größer oder gleich 2 Gew.-% und kleiner oder gleich 4 Gew.-% am Gesamtgewicht des Trägermaterials hinzugefügt werden. Das Tetraallylisocyanuarat kann in reiner Form als Flüssigkeit oder auch als hochkonzentrierter Masterbatch in Polybutylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat in das Trägermaterial eingemischt oder eincompoundiert werden, also in der Schmelze eingemischt werden. Es hat sich in Untersuchungen gezeigt, dass die Reflektivität und die Alterungsstabilität der hier beschriebenen Träger durch die Zugabe von Vernetzungsadditiven wie etwa Tetraallylisocyanuarat nicht beeinträchtigt werden.
  • Nach dem Spritzgussverfahren werden die Träger 1 bevorzugt im Leiterrahmenverbund 20, beispielsweise als Leadframe-Streifen oder Leadframe-Rollen, durch eine Elektronenstrahlanlage gefahren und dort mit Elektronen mit einer Energiedosis von größer oder gleich 65 kGy und kleiner oder gleich 135 kGy bestrahlt. Durch die Wahl des Anteils des Vernetzungsadditivs sowie der Energiedosis in der Elektronenstrahlanlage kann der Vernetzungsgrad des Trägermaterials gezielt eingestellt werden, wodurch auch dessen Wärmeformbeständigkeit gezielt eingestellt werden kann. Reflektivität und Alterungsstabilität bleiben nach der Vernetzung erhalten. Durch das Spritzgussverfahren und insbesondere den Abkühlvorgang kann der Kristallisationsgrad des Trägermaterials und damit der Träger 1 beeinflusst werden. Auch hierdurch kann die Wärmeformbeständigkeit durch einen hohen Kristallisationsgrad mit Vorteil erhöht werden.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass dem Trägermaterial zusätzlich zu den genannten Bestandteilen noch Polybutylenterephthalat zugefügt wird, vorzugsweise mit einem Anteil von kleiner oder gleich 20 Gew.-% und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 10 Gew.-% gerechnet auf das Gesamtgewicht des Trägermaterials. Dadurch lassen sich die Verarbeitbarkeit des Trägermaterials sowie auch die Kristallisationsbereitschaft des Trägermaterials mit Vorteil erhöhen.
  • Das Spritzgussverfahren ist mit dem hier beschriebenen Trägermaterial bei einer verhältnismäßig niedrigen Werkzeugtemperatur in einem Bereich von 100°C bis 120 °C möglich. Die Zeit, die zur Herstellung der Träger 1 benötigt wird, die so genannte Zykluszeit („cycle time“), beträgt dabei weniger als 10 Sekunden, wohingegen die Zykluszeit bei bekannten Materialien mehr als 12 Sekunden beträgt. Weiterhin ist das hier beschriebene Trägermaterial oftmals günstiger als bekannte Materialien für Leuchtdioden, sodass sich eine hohe Wirtschaftlichkeit ergibt.
  • Während in Verbindung mit 1 die Herstellung von Trägern 1 mit Leiterrahmen 2 gezeigt ist, ist es auch möglich, Träger 1 beispielsweise als ebene Trägerplatten herzustellen, wie dies in Verbindung mit 3 gezeigt ist.
  • In 2 ist ein optoelektronisches Bauelement 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das rein beispielhaft einen Träger 1 mit Leiterrahmen 2 aufweist, der in einem Verfahren wie in Verbindung mit 1 beschrieben hergestellt ist. In der Gehäusevertiefung 10 des Trägers 1 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 3 auf einer Grundfläche des Gehäusevertiefung 10 angeordnet und elektrisch angeschlossen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Licht emittierender Halbleiterchip ausgebildet ist. Um das vom Licht emittierenden Halbleiterchip emittierte Licht effektiv abstrahlen zu können, weist die Gehäusevertiefung 10 schräg stehende Seitenflächen auf, die durch die Reflektorpartikel im Trägermaterial reflektierend sind.
  • Der Licht emittierende Halbleiterchip ist mittels eines Lots 4, vorzugsweise eines bleifreien Lots, auf dem Leiterrahmen 2 innerhalb einer Öffnung 11 des Trägers 1 angeordnet und elektrisch angeschlossen. Mittels eines Bonddrahts 5 ist der optoelektronische Halbleiterchip 3 mit einem weiteren Teil des Leiterrahmens 2 durch eine weitere Öffnung 11 im Träger 1 elektrisch leitend verbunden. Der elektrische Anschluss sowie die Montage des optoelektronischen Halbleiterchips 3 im optoelektronischen Bauelement 101 ist dabei rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Je nach Ausführung des optoelektronischen Halbleiterchips sowie des Trägers sind auch andere Anschlussmöglichkeiten denkbar, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht weiter ausgeführt werden.
  • Auf dem optoelektronischen Halbleiterchip 3 kann weiterhin beispielsweise ein Wellenlängenkonversionselement (nicht gezeigt) angeordnet sein, das zumindest einen Teil des vom optoelektronischen Halbleiterchip 3 emittierten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandelt, sodass das optoelektronische Bauelement 101 mischfarbiges Licht abstrahlen kann.
  • In der Gehäusevertiefung 10 ist über dem optoelektronischen Halbleiterchip 3 auf dem Träger 1 ein Verguss 6 angeordnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel transparent ist und beispielsweise ein Silikon, ein Epoxid oder ein Hybridmaterial daraus aufweist. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Verguss 6 beispielsweise Streupartikel und/oder einen Wellenlängenkonversionsstoff enthält. Der Verguss kann dabei eine ebene Oberfläche ausbilden, die die Strahlungsauskoppelfläche des gezeigten optoelektronischen Bauelements 101 bildet. Weiterhin kann der Verguss 6 auch gewölbt und beispielsweise als Linse ausgeformt sein, wie mit der gestrichelten Linie angedeutet ist, um die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements 101 zu beeinflussen.
  • Es hat sich gezeigt, dass im Vergleich zu Leuchtdioden, die einen Gehäusekörper aus bekannten Materialien wie Polyamid aufweisen, eine Steigerung der Helligkeit bei planvergossenen Licht emittierenden Dioden um 3 bis 17 %, abhängig von der Gehäusegeometrie und vom verwendeten Halbleiterchip, erreicht werden kann. Dabei kann die Wärmeformbeständigkeit in einem weiten Temperaturbereich von etwa 250°C bis zu mehr als 300°C einstellbar sein. Weiterhin weist das Trägermaterial eine hohe Reflektivität von mehr als 92% in einem Spektralbereich von 440 nm bis 750 nm sowie eine hervorragende Alterungsstabilität, insbesondere bei erhöhter Temperatur und blauer Strahlung, auf.
  • In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 102 gezeigt, das im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 2 einen ebenen Träger 1 aufweist, der als Trägerplättchen ausgeführt ist. Auf diesem ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 3 angeordnet und elektrisch angeschlossen. Kontaktflächen, Leiterbahnen und gegebenenfalls Durchkontaktierungen, mittels derer der elektrische Anschluss des optoelektronischen Halbleiterchips 3 erfolgt, sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Über dem optoelektronischen Halbleiterchip 3 und dem Träger 1 ist ein Verguss 6 in Form einer Linse angeordnet, der den optoelektronischen Halbleiterchip 3 schützt und die Eigenschaften des optoelektronischen Halbleiterbauelements 102 beeinflusst.
  • In 4 ist die Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm für ein hier beschriebenes Trägermaterial mittels der Kurve 401 gezeigt. Daraus ist erkennbar, dass sich in einem Spektralbereich mit einer Wellenlänge von etwa 430 nm und mehr eine Reflektivität von über 90% erreichen lässt. Im Vergleich dazu ist mit der Kurve 402 die Reflektivität R eines Standard-Hochtemperatur-Polyamids gezeigt, das im selben Spektralbereich eine wesentlich geringere Reflektivität aufweist. Untersuchungen haben ergeben, dass die Helligkeit von optoelektronischen Bauelementen mit Trägern aus dem hier beschriebenen Trägermaterial bei der Verwendung blau emittierender Halbleiterchips mit blauem Licht im Bereich von 444 nm um etwa 9% im Lichtstrom, gemessen in der Einheit Lumen, und um 8% in der Lichtstärke, gemessen in der Einheit Candela, gesteigert werden konnte. Bei grün emittierenden Halbleiterchips mit grünem Licht in einem Bereich von etwa 519 nm konnte eine Steigerung der Helligkeit von etwa 10% im Lichtstrom und in der Lichtstärke und bei weißen emittierenden Bauelementen mit einem Farbort mit den Farbortkoordinaten cx=0,27 und cy=0,22 konnte eine Helligkeitssteigerung von 9% im Lichtstrom und von 10% in der Lichtstärke im Vergleich zu einem Standard-Hochtemperatur-Polyamid festgestellt werden. Selbst bei Verwendung von rot emittierenden Halbleiterchips mit Licht im Bereich von 620 nm konnte noch eine Erhöhung der Helligkeit von 3,5% im Lichtstrom und von 4,5% in der Lichtstärke im Vergleich zum Material aus dem Stand der Technik festgestellt werden.
  • Die 5A bis 5D zeigen Vergleiche zwischen optoelektronischen Bauelementen mit Trägern aus dem hier beschriebenen Trägermaterial und Trägern aus einem üblicherweise verwendeten Hochtemperatur-Polyamid, wobei jeweils auf der horizontalen Achse die Zeit in Stunden und auf der vertikalen Achse der Lichtstrom Iv als Maß für die abgestrahlte Helligkeit, angegeben in % relativ zu einem Anfangswert, aufgetragen ist.
  • Die Bezugszeichen 501, 503, 505 und 507 zeigen dabei Messungen mit dem hier beschriebenen Trägermaterial, während die Bezugszeichen 502, 504, 506 und 508 Messungen mit dem üblicherweise verwendeten Polyamid kennzeichnen.
  • Bei der Messung in 5A wurden die Träger einer erhöhten Temperatur von 85°C und einem Betriebsstrom für den verwendeten Licht emittierenden Halbleiterchip von 30 mA ausgesetzt. Im Vergleich dazu wurde bei der Messung in 5B der Betriebsstrom verdoppelt. Bei der Messung in 5C wurde bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85% und einem Betriebsstrom von 30 mA der jeweils verwendete Licht emittierende Halbleiterchip in 30-minütigen An-/Aus-Zyklen betrieben. Die Messung in 5D wurde ebenfalls bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85% und einem Betriebsstrom von 5 mA durchgeführt. In allen Messungen wurde eine zum Teil erhebliche Verfärbung des bisher üblicherweise verwendeten Polyamid-Materials festgestellt, was durch die Abnahme der gemessenen Helligkeit bei allen Messungen deutlich wird. Demgegenüber konnten bei den optoelektronischen Bauelementen mit Trägern mit dem hier beschriebenen Trägermaterial vergleichsweise geringe bis gar keine Veränderungen der Helligkeit festgestellt werden.

Claims (11)

  1. Träger (1) für ein optoelektronisches Bauelement mit einem Trägermaterial, das Polyethylenterephthalat aufweist, das Reflektorpartikel und einen weiteren Füllstoff enthält, wobei - das Trägermaterial weiterhin ein Vernetzungsadditiv enthält, das zumindest teilweise mit dem Polyethylenterephthalat vernetzt ist, - der weitere Füllstoff Glasfasern, Glaskugeln, Zellulosefasern und/oder einen Mineralfüllstoff aufweist, - die Reflektorpartikel einen Anteil von größer oder gleich 15 Gew.-% und kleiner oder gleich 30 Gew.-% und der weitere Füllstoff einen Anteil von größer oder gleich 20 Gew.-% und kleiner oder gleich 50 Gew.-% am Trägermaterial aufweist und - das Trägermaterial weiterhin Polybutylenterephthalat mit einem Anteil von kleiner oder gleich 20 Gew.-% am Trägermaterial aufweist.
  2. Träger (1) nach Anspruch 1, wobei das Vernetzungsadditiv Tetraallylisocyanuarat ist und einen Anteil von größer oder gleich 2 Gew.-% und von kleiner oder gleich 4 Gew.-% am Trägermaterial aufweist.
  3. Träger (1) nach Anspruch 1, wobei der weitere Füllstoff durch Glasfasern gebildet wird.
  4. Träger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Reflektorpartikel zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Titanoxid, Zinkoxid, Zirkonoxid, Bariumsulfat.
  5. Optoelektronisches Bauelement (101, 102) mit einem Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem optoelektronischen Halbleiterchip (3), insbesondere einem Licht emittierenden Halbleiterchip, der auf dem Träger (1) angeordnet ist, wobei der Träger (1) als Trägerplatte oder als Gehäuse mit einer Gehäusevertiefung (10) ausgebildet ist, in der der optoelektronische Halbleiterchip (3) angeordnet ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (101, 102) nach Anspruch 5, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (3) mit einer auf dem Träger (1) angeordneten Vergussmasse (6) bedeckt ist.
  7. Verfahren, wobei ein Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, oder wobei ein optoelektronisches Bauelement (101, 102) nach Anspruch 5 oder 6 hergestellt wird, bei dem das Trägermaterial durch Spritzguss zum Träger (1) ausgeformt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem dem Trägermaterial vor dem Spritzguss ein Vernetzungsadditiv zugemischt wird und das Trägermaterial nach dem Spritzguss durch Bestrahlung zumindest teilweise nachvernetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Vernetzungsadditiv Tetraallylisocyanuarat ist, das durch Elektronenbestrahlung zumindest teilweise nachvernetzt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Elektronenbestrahlung mit einer Energiedosis von größer oder gleich 65 kGy und kleiner oder gleich 135 kGy durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das Vernetzungsadditiv dem Trägermaterial in flüssiger Form oder in Form eines Masterbatches in Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat durch Einmischen oder Schmelzmischen zugeführt wird.
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