DE102012106812A1

DE102012106812A1 - Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen

Info

Publication number: DE102012106812A1
Application number: DE201210106812
Authority: DE
Inventors: Bert Braune
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-01-30

Abstract

Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen die folgenden Schritte: A) Das Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Bauelements (1). B) Das Auftragen einer Zusammensetzung auf das mindestens eine optoelektronische Bauelement (1), wobei die Zusammensetzung eine erste vernetzbare Silikonverbindung, die C-C-Doppelbindungen enthält, sowie eine zweite vernetzbare Silikonverbindung, die Si-H-Funktionen enthält, und einen Platin-Katalysator umfasst. Die Zusammensetzung weist eine Viskosität von höchstens 2,0 Pa·s auf. C) Ein Bestrahlen der Zusammensetzung mit UV-Strahlung, wobei der Platin-Katalysator durch die UV-Strahlung aktiviert wird. D) Ein thermisches Vorhärten der Zusammensetzung zu einem Silikonverguss, sodass die erste und die zweite Silikonverbindung zumindest teilweise miteinander vernetzt sind und der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen.
Das Vergießen von optoelektronischen Bauelementen, zum Beispiel LEDs, muss mit großer Sorgfalt erfolgen, um einen hochwertigen Silikonverguss zu erzeugen. Blasen oder Spannungen im Verguss können zu einer verschlechterten Abstrahlcharakteristik beziehungsweise zu einer vorzeitigen Alterung des Vergusses führen. In herkömmlichen Verfahren werden daher sehr zeitaufwendige Arbeitsschritte benötigt, die insgesamt mehr als 10 min in Anspruch nehmen können, bis ein nicht mehr fließfähiger Silikonverguss erhalten wird, sodass das Bauelement der Vergussvorrichtung entnommen oder transportiert werden kann. Die Geschwindigkeit, die sich auf die Anzahl der vergossenen Bauelemente pro Stunde (units per hour) bezieht und damit die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen kennzeichnet, ist bei herkömmlichen Verfahren somit nur gering. Es sind daher Verfahren wünschenswert, die ein schnelleres Vergießen von optoelektronischen Bauelementen ermöglichen und dabei einen möglichst blasen- und spannungsfreien Silikonverguss ergeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht daher darin, ein beschleunigtes Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens an.
Es wird ein Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte:

A) Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Bauelements;
B) Auftragen einer Zusammensetzung auf das mindestens eine optoelektronische Bauelement, wobei die Zusammensetzung eine erste vernetzbare Silikonverbindung, die C-C-Doppelbindungen enthält, sowie eine zweite vernetzbare Silikonverbindung, die Si-H-Funktionen enthält, und einen Platin-Katalysator umfasst, und wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von höchstens 2,0 Pa·s aufweist;
C) Bestrahlen der Zusammensetzung mit UV-Strahlung, wobei der Platin-Katalysator durch die UV-Strahlung aktiviert wird; und
D) thermisches Vorhärten der Zusammensetzung zu einem Silikonverguss, sodass die erste und die zweite Silikonverbindung zumindest teilweise miteinander vernetzt sind und der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist.

Das Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen wird nachfolgend auch kurz als "Verfahren" bezeichnet. Ebenso wird das optoelektronische Bauelement auch kurz als "Bauelement" bezeichnet. Es kann Strahlung emittierend oder Strahlung empfangend ausgebildet sein. Die erste beziehungsweise die zweite vernetzbare Silikonverbindung können im Folgenden auch als "erste Silikonverbindung" beziehungsweise "zweite Silikonverbindung" bezeichnet werden.
"Pa·s" steht für Pascalsekunde. Die Verfahrensschritte A) bis D) können nacheinander durchgeführt werden.
Das anmeldungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vorteilhafterweise nur wenig Zeit benötigt wird, um die Zusammensetzung aufzutragen und vorzuhärten (die Schritte B) bis D)). Es wurde erkannt, dass mehrere Faktoren, insbesondere die geringe Viskosität und eine Aktivierung des Platin-Katalysators mit UV-Strahlung, zusammenwirken müssen, um das Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zu beschleunigen. Die rheologischen Eigenschaften der Zusammensetzung können insbesondere so gewählt werden, dass durch die beim Auftragen erzeugte, plötzliche Scherung die Viskosität der Zusammensetzung stark erniedrigt wird (Strukturviskosität). Dies ist bei der in Schritt B) angegebenen Viskosität der Zusammensetzung bereits berücksichtigt.
Zum Beispiel kann aufgrund der niedrigen Viskosität der Zusammensetzung die Zeitdauer für das Auftragen der Zusammensetzung im Schritt B) verkürzt werden. Dabei kann die Zusammensetzung beispielsweise aus einer Nadel oder einer Düse auf das Bauelement aufgetragen werden. Die Zeitdauer für das Auftragen bemisst sich nach dem Auftreffen des ersten Teils der Zusammensetzung auf dem Bauelement und dem Abriss des (letzten) Tropfens der Zusammensetzung von der zum Auftragen verwendeten Vorrichtung, zum Beispiel eine Nadel oder eine Düse. Es wird insbesondere für das Abreißen des (letzten) Tropfens (sogenanntes Tailing) in dem anmeldungsgemäßen Verfahren deutlich weniger Zeit benötigt als in herkömmlichen Verfahren, in denen eine Zusammensetzung mit einer höheren Viskosität als Ausgangsmaterial für einen Silikonverguss eingesetzt wird. Durch diese Zeitersparnis wird das Verfahren beschleunigt, und es steht die Auftragevorrichtung schneller zum Vergießen eines weiteren Bauelements zur Verfügung, was den Durchsatz pro Zeiteinheit (units per hour) bezogen auf die Auftragevorrichtung erhöht.
Ein weiterer Vorteil der niedrigen Viskosität der Zusammensetzung ist, dass eventuelle Blasen, die beim Auftragen der Zusammensetzung erzeugt werden, besser aus dieser entweichen können. Somit wird hierdurch auch die Ausbildung eines blasenfreien Silikonvergusses gefördert.
Ein Silikonverguss gilt anmeldungsgemäß als "blasenfrei", wenn unter dem Mikroskop bei einer Vergrößerung von 5-fach bis 20-fach keine Blasen mit dem Auge zu erkennen sind. Die Silikonvergüsse können direkt oder, zum Beispiel im Falle eines Konvertermaterialien enthaltenen Silikonvergusses, anhand von Schnitten durch den gehärteten Silikonverguss per Mikroskopie analysiert werden.
Es wurde weiterhin erkannt, dass eine Kombination von Bestrahlung mit UV-Strahlung im Schritt C) und thermischen Vorhärten im Schritt D) das Verfahren signifikant gegenüber einer rein thermischen Vorhärtung beschleunigt. Die Verfahrensschritte C) und D) können zeitgleich oder nacheinander durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte C) und D) bei einem Bauelement nacheinander und in dieser Reihenfolge durchgeführt. Dies führt zu einer raschen und gleichmäßigen Vernetzung der ersten mit der zweiten Silikonverbindung. Durch die UV-Strahlung kann der eingesetzte Platin-Katalysator aktiviert werden, wodurch in der gesamten aufgetragenen Zusammensetzung mehr oder weniger zeitgleich und gleichmäßig verteilt ein aktivierter Platin-Katalysator vorliegt. Hierdurch erfolgt im Schritt D) auch über die Zusammensetzung hinweg eine sehr gleichmäßige und rasche Vernetzung. Die Viskosität kann hierbei innerhalb kurzer Zeit stark ansteigen. Es können im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren somit auch Blasen im Verguss besser vermieden werden.
Die niedrige Viskosität der Zusammensetzung beziehungsweise der ersten und zweiten Silikonverbindung erleichtert eine gleichmäßige und insbesondere feine Verteilung des Platin-Katalysators in der Zusammensetzung. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht eine rasche Vernetzung zu einem nicht mehr fließfähigen Silikonverguss.
Durch die Schritte B), C) und D) kann das anmeldungsgemäße Verfahren also im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen beschleunigt werden. Es kann ein Bauelement dabei doppelt so schnell, mitunter sogar drei- oder viermal so schnell, wie in einem herkömmlichen Verfahren mit einem nicht mehr fließfähigen Silikonverguss versehen werden, sodass auf der zum Vergießen verwendeten Apparatur deutlich mehr Bauelemente innerhalb der gleichen Zeit vergossen werden können. Hierdurch ist das anmeldungsgemäße Verfahren sehr viel wirtschaftlicher als ein herkömmliches Verfahren, sodass die Produktionskosten für das vergossene Bauelement gesenkt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte B), C) und D) innerhalb von höchstens 4,0 min, insbesondere höchstens 3,5 min, durchgeführt. Die Schritte B) bis D) können sogar innerhalb von 3,0 min, zum Beispiel innerhalb von 2,5 min, durchgeführt werden. Dies gilt auch, wenn diese Schritte nacheinander durchgeführt werden. Für das anmeldungsgemäße Verfahren werden somit deutlich geringere Vergusszeiten benötigt als in herkömmlichen Verfahren, bei denen vom Auftragen eines Vergussmaterials bis zum Abschluss des Vorhärtens zu einem nicht mehr fließfähigen Silikonverguss häufig bis zu 10 min benötigt werden.
Unter dem Begriff "auf" wird anmeldungsgemäß sowohl die direkte, also unmittelbare Anordnung von Elementen mit einer gemeinsamen Grenzfläche verstanden als auch eine mittelbare Anordnung, bei der weitere Elemente zwischen den aufeinander angeordneten Elementen vorhanden sein können. In analoger Form ist ein Element "zwischen" einem ersten und einem zweiten Element angeordnet, wenn das Element auf dem ersten Element und das zweite Element auf der vom ersten Element abgewandten Seite des Elementes angeordnet ist, wobei "auf" wie vorstehend beschrieben verstanden wird.
Im Verfahrensschritt B) wird die Zusammensetzung auf das Bauelement aufgetragen. Die Zusammensetzung kann hierbei insbesondere unmittelbar auf das Bauelement aufgetragen werden, sodass der Silikonverguss auch unmittelbar auf dem Bauelement erzeugt wird. Die Zusammensetzung kann dabei auch auf oder unmittelbar auf einen Chip aufgetragen werden und diesen zumindest teilweise einhüllen. Der Silikonverguss kann insbesondere im Strahlengang des Bauelements erzeugt werden.
Anmeldungsgemäß wird unter der Viskosität eines Materials oder einer Verbindung die dynamische Viskosität verstanden. Die angegebenen Werte beziehen sich auf die Viskosität des Materials oder der Verbindung bei 20°C. Die Viskosität kann beispielsweise mit einem Viskosimeter oder einem Rheometer bestimmt werden.
Die Viskosität der Zusammensetzung kann sich im Wesentlichen nach der ersten und zweiten Silikonverbindung richten, die einen Großteil der Gesamtmasse der Zusammensetzung ausmachen können. "Großteil" bedeutet, dass die erste und zweite Silikonverbindung zusammen mindestens 75 Gew-%, insbesondere mindestens 85 Gew-%, der Zusammensetzung ausmachen können (Gew-% = Gewichtsprozent). Die erste und zweite Silikonverbindung können zusammen mindestens 90 Gew-% der Zusammensetzung ausmachen. Diese Angabe bezieht sich auf die polymeren Bestandteile der Zusammensetzung beziehungsweise des Silikonvergusses, etwaige anorganische Füllstoffe werden hierbei nicht zur Masse der Zusammensetzung gezählt. Des Weiteren kann die Viskosität durch Additive, zum Beispiel pyrogene Kieselsäuren und Derivate hiervon, beeinflusst werden. Die Zusammensetzung kann insbesondere strukturviskos sein, sodass die Viskosität beim Auftragen der Zusammensetzung aufgrund von Scherung gesenkt wird.
Die erste vernetzbare Silikonverbindung enthält mindestens zwei C-C-Doppelbindungen, insbesondere Vinyl-Gruppen. Die zweite vernetzbare Silikonverbindung enthält mindestens zwei Si-H-Funktionen. Die Vernetzung der ersten und zweiten Silikonverbindung kann insbesondere über Hydrosilylierungsreaktionen erfolgen.
Der Platin-Katalysator kann aus Verbindungen ausgewählt sein, in denen ein Platin-Atom oder ein Platin-Ion zumindest durch einen Liganden koordiniert wird. Es wird zumindest ein Teil des verwendeten Platin-Katalysators durch die Bestrahlung mit UV-Strahlung aktiviert. Hierbei kann der Platin-Katalysator von einer nichtreaktiven Form in eine reaktive Form umgewandelt werden, sodass die Vernetzung der ersten und zweiten Silikonverbindungen initiiert wird. Beim "Aktivieren" des Platin-Katalysators kann beispielsweise mindestens ein Ligand zumindest temporär vom Platin-Atom oder Platin-Ion des Platin-Katalysators entfernt werden und dadurch für eine erste und/oder zweite Silikonverbindung Raum beziehungsweise eine freie Koordinationsstelle schaffen. Der verwendete Platin-Katalysator kann insbesondere zur Katalyse von Hydrosilylierungen geeignet sein.
Der Platin-Katalysator kann insbesondere aus Platin-Komplexen ausgewählt werden, die sich zur Initiierung und Aushärtung einer farblosen Zusammensetzung eignen. Beim Aktivieren kann durch die Bestrahlung mit UV-Strahlung die Freisetzung von metallischem Platin aus dem Platin-Katalysator bewirkt werden. Ein Vorteil von Platin-Katalysatoren ist, dass diese im Gegensatz zu anderen Metallkatalysatoren in der Regel nicht den Silikonverguss färben.
Gemäß einer weiterbildenden Ausführungsform ist der Platin-Katalysator aus einer Gruppe ausgewählt, die Platincarbonylcyclovinylmethylsiloxan-Komplex, Platin-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxan-Komplex, Platintetravinyltetramethyltetracyclosiloxan-Komplex, Platinoctanaloctanol-Komplex und eine Kombination davon umfasst.
Beim thermischen Vorhärten (sogenanntes Pre-Curing) im Schritt D) werden die erste und zweite Silikonverbindung derart miteinander vernetzt, sodass der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist. Hierbei kommt es zu einer teilweisen Aushärtung, die über die sogenannte Gelation und Bildung einer Haut auf der Zusammensetzung hinausgeht. Anmeldungsgemäß wird die vorgehärtete Zusammensetzung beziehungsweise der vorgehärtete Silikonverguss als "nicht mehr fließfähig" betrachtet, wenn keine signifikante Änderung der Form der Oberfläche beobachtet wird, wenn das Bauelement in eine andere Lage gebracht wird, zum Beispiel aus einer waagerechten Anordnung in eine senkrechte Anordnung. Das Bauelement kann daher nach dem Schritt D) bereits einer Vorrichtung entnommen und/oder transportiert werden, ohne dass hierdurch die Qualität des Vergusses beeinträchtigt wird. Das Vorhärten im Schritt D) erfolgt insbesondere thermisch, das heißt, es erfolgt dabei keine Bestrahlung mit UV-Strahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren als Reel-to-Reel-Prozess gestaltet. Dabei kann das mindestens eine zu vergießende Bauelement als Bestandteil einer Rolle sein oder auf einer Rolle angeordnet bereitgestellt und dann zum Vergießen von der Rolle abgerollt werden. In der Regel kann auf einer Rolle eine große Vielzahl von Bauelementen angeordnet sein. Die Verfahrensschritte B) bis D) werden in der Regel im abgerollten Zustand, insbesondere nacheinander, durchgeführt. Nach dem thermischen Vorhärten im Schritt D), wenn der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist, kann das so vergossene Bauelement wieder aufgerollt beziehungsweise auf einer Rolle gesammelt werden. Eine solche Rolle mit vorgehärteten Bauelementen kann dann ohne Beeinträchtigung der Qualität des Silikonvergusses an einen anderen Ort transportiert und weiterverarbeitet werden. Es können sich dem Schritt D) jedoch auch noch weitere Verfahrensschritte im "abgerollten" Zustand anschließen. Für einen solchen Reel-to-Reel-Prozess kann ein Hilfsträger, zum Beispiel ein Kunststoffband, auf dem das mindestens eine Bauelement vorübergehend angeordnet ist, verwendet werden. In der Regel wird jedoch auf einen solchen Träger verzichtet. Da die Zeitspanne zwischen Auftragen der Zusammensetzung und dem Erhalt des vorgehärteten nicht mehr fließfähigen Silikonvergusses im Verfahren besonders kurz ist, kann hierdurch ein sehr wirtschaftlicher Reel-to-Reel-Prozess erhalten werden. Es wird also auch die Zeitspanne zwischen Abrollen und Aufrollen des mindestens einen Bauelementes von beziehungsweise auf eine Rolle verkürzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Gehäuse mit einer Ausnehmung auf, in der die Zusammensetzung im Schritt B) aufgetragen wird. In der Ausnehmung ist in der Regel ein optoelektronisches Bauteil, zum Beispiel ein Strahlung emittierender oder Strahlung detektierender Halbleiterchip, angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine Licht emittierende Diode (LED). Nach dieser Ausführungsform wird also insbesondere ein beschleunigtes Verfahren zum Vergießen von LEDs mit einem Silikonverguss angegeben.
Das Bauelement kann einen Halbleitermaterialien enthaltenden Chip (Halbleiterchip) aufweisen. Ein solcher Chip kann zum Beispiel ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip sein. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in EP 0905797 A2 und in WO 02/13281 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalte insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden. Des Weiteren verfügt das Bauelement über übliche Bestandteile und Elemente, zum Beispiel elektrisch leitende Anschlüsse, die zum Betreiben des Bauelements notwendig sind.
Gemäß einer weitern Ausführungsform wird im Schritt A) eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen bereitgestellt. Diese Vielzahl von Bauelementen kann beispielsweise auf einer Rolle oder mehreren Rollen angeordnet oder Bestandteil davon sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen verwendet, die während der Schritte A) bis D) hintereinander in mindestens einer Leadframe-Spur angeordnet sind. Unter einer Leadframe-Spur wird eine aneinanderhängende Reihe von hintereinander angeordneten Bauelementen verstanden, die zumindest über einen Teil ihrer Leadframe-Strukturen miteinander verbunden sind. Eine solche Leadframe-Spur kann beispielsweise auch ohne einen Träger zu einer Rolle aufgerollt werden. Vorteilhafterweise kann eine solche Leadframe-Spur direkt in einem Reel-to-Reel-Prozess eingesetzt werden, wobei beispielsweise im Schritt A) eine Rolle, umfassend eine solche Leadframe-Spur, bereitgestellt wird, und dann in den Schritten B) bis D) die hintereinander angeordneten Bauelemente mit der Zusammensetzung beschickt, mit UV-Strahlung bestrahlt und dann thermisch vorgehärtet werden. Nach dem thermischen Vorhärten im Schritt D) kann die Leadframe-Spur wieder aufgerollt und beispielsweise an ein anderen Ort zur weiteren Verarbeitung gebracht werden, da der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist. Zu einem späteren Zeitpunkt können die Bauelemente der Leadframe-Spur auch zu einzelnen Bauelementen vereinzelt werden.
Es ist beispielsweise möglich, dass zeitgleich mehrere der Verfahrensschritte B), C) und D) an den Bauelementen einer Leadframe-Spur durchgeführt werden. Das heißt, es kann zum Beispiel die Zusammensetzung auf mindestens ein Bauelement der Leadframe-Spur aufgetragen werden, während andere Bauelemente bereits mit UV-Strahlung bestrahlt oder vorgehärtet werden. Dies kann insbesondere in einem Reel-to-Reel-Prozess realisiert werden. Dabei können die Bauelemente einer Leadframe-Spur beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 15–70 cm/min, insbesondere 25–50 cm/min, bewegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden optoelektronische Bauelemente mehrerer Leadframe-Spuren nebeneinander, also im gleichen Vorgang vergossen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, indem mehrere Leadframe-Spuren parallel angeordnet sind. In einem solchen Fall besitzt die zum Vergießen verwendete Vorrichtung mehrere Dosiereinheiten, zum Beispiel Nadeln oder Düsen. Die Leadframe-Spuren können dabei eine gemeinsame Rolle ausbilden oder als mehrere Rollen nebeneinander vorliegen. Es können beispielsweise 2 bis 10 Leadframe-Spuren parallel vergossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt E) ein Nachhärten des Silikonvergusses. Der Verfahrensschritt E) kann am gleichen oder aber auch an einem anderen Ort wie die Verfahrensschritte A) bis D) durchgeführt werden.
Durch das Nachhärten (sogenanntes Post-Curing) werden die erste und zweite Silikonverbindung weitgehend beziehungsweise vollständig miteinander vernetzt. Zum Nachhärten kann beispielsweise für mindestens eine Stunde, insbesondere für mindestens drei Stunden, auf mindestens 130°C, insbesondere mindestens 145°C, erhitzt werden. Es kann beispielsweise für vier Stunden auf 150°C erhitzt werden. Da der Schritt E) räumlich von der Vergießvorrichtung getrennt durchgeführt werden kann, wird durch die langen Nachhärtezeiten des Silikonvergusses die Wirtschaftlichkeit des anmeldungsgemäßen Verfahrens nicht beeinträchtigt. Der apparative Aufwand ist hierfür gering. Es ist daher vielmehr Ziel der Anmeldung die Schritte B) bis D), also das Auftragen der Zusammensetzung bis hin zum vorgehärteten, nicht mehr fließfähigen Silikonverguss zu beschleunigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt F) ein Vereinzeln der optoelektronischen Bauelemente. Zusammenhängende Bauelemente, die beispielsweise in einer Leadframe-Spur angeordnet sind, können durch Sägen oder ähnliches vereinzelt werden. Das Vereinzeln kann insbesondere nach dem Vorhärten oder nach dem Nachhärten erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Zusammensetzung im Schritt B) eine Viskosität im Bereich von mindestens 0,7 Pa·s bis höchstens 1,8 Pa·s, insbesondere mindestens 0,7 Pa·s bis höchstens 1,4 Pa·s, bevorzugt 0,9 Pa·s bis höchstens 1,3 Pa·s, auf. Die Zusammensetzung kann beispielsweise eine Viskosität im Bereich von 1,0 Pa·s bis 1,2 Pa·s aufweisen. Durch die niedrige Viskosität der Zusammensetzung wird zum Einen das Auftragen im Schritt B) beschleunigt und zum Anderen einen ausgesprochen blasenfreier Silikonverguss erhalten, da eventuell gebildete Luftblasen leicht aus der aufgetragenen Zusammensetzung entweichen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Auftragen in Schritt B) in höchstens 2,2 s, insbesondere höchstens 2,0 s, durchgeführt (s = Sekunde). Das Auftragen kann sogar innerhalb von 1,8 s erfolgen. Diese Zeitspanne umfasst das Auftreffen des ersten Teils der Zusammensetzung auf dem Bauelement bis hin zum Abreißen eines Tropfens beziehungsweise des letzten Tropfens der Zusammensetzung von einer verwendeten Auftragevorrichtung, zum Beispiel eine Nadel oder eine Düse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden im Schritt B) bis zu 15 μg, insbesondere 1 μg bis 10 μg, beispielsweise 2 μg bis 6 μg, Zusammensetzung aufgetragen.
Aufgrund der niedrigen Viskosität der Zusammensetzung kann der Schritt B) deutlich weniger Zeit benötigen, als dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist. Eine kurze Zeitspanne für den Schritt B) ist sehr vorteilhaft für einen hohen Durchsatz an Bauelementen. Während des Auftragens darf das Bauelement sich in der Regel nur mit geringer Geschwindigkeit oder gar nicht relativ zur verwendeten Auftragevorrichtung bewegt werden, da sonst ein ungleichmäßiger Verguss erhalten oder das Bauelement durch unsauber aufgetragene Zusammensetzung, zum Beispiel aufgrund des sogenannten Tailings, verunreinigt wird. Somit kann insbesondere die Zeitspanne für den Schritt B) die Taktung oder die Gesamtgeschwindigkeit des Verfahrens vorgeben oder maßgeblich beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt B) die Zusammensetzung mittels sogenanntem Jetting aus einer Düse aufgetragen. Beim Jetting kann insbesondere mit Druck ein Strahl der Zusammensetzung aufgetragen werden. Hierdurch ist insbesondere ein zügiges und punktgenaues Auftragen der Zusammensetzung möglich. Bei dieser Ausführungsform kann aufgrund der starken Scherung innerhalb kurzer Zeit die Viskosität der Zusammensetzung erniedrigt werden. Als Alternative zum Jetting kann auch ein sogenanntes Dispensen durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt B) die Zusammensetzung mit einem Druck von mindestens 1,5 bar aus einer Düse aufgetragen. Entgegen der herkömmlichen Erwartung, dass durch den Druck beim Auftragen mehr Blasen gebildet werden, wurde überraschend festgestellt, dass in der Kombination von einem solchen Druck mit einer niedrigen Viskosität der Zusammensetzung diese mit vergleichsweise wenig Blasen oder sogar blasenfrei auf das Bauelement aufgetragen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt C) für höchstens 40 s, insbesondere für höchstens 30 s, mit UV-Strahlung bestrahlt. Es kann für höchstens 25 s, beispielsweise für 10 bis 20 s, mit UV-Strahlung bestrahlt werden. Innerhalb dieser kurzen Bestrahlungszeiten kann bereits eine ausreichende Aktivierung des Platin-Katalysators erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt C) mit einer Bestrahlungsstärke von 100 bis 160 mW/cm², insbesondere von 110 bis 150 mW/cm², mit UV-Strahlung bestrahlt. Innerhalb der angegebenen Bereiche kann eine zügige Aktivierung des Platin-Katalysators erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt C) bei einer Temperatur von höchstens 50°C, insbesondere höchstens 40°C, mit UV-Strahlung bestrahlt. Da für die Vernetzung der ersten Silikonverbindung mit der zweiten Silikonverbindung, was über eine Platin-katalysierte Hydrosilylierung erfolgen kann, in der Regel höhere Temperaturen benötigt werden, tritt während des Schritts C) keine nennenswerte oder nur wenig Vernetzung der ersten mit der zweiten Silikonverbindung auf. Die angegebenen Temperaturen im Schritt C) dienen jedoch dazu, eventuell vorhandene Blasen aus der Zusammensetzung beziehungsweise aus dem zu härtenden Silikonverguss zu entfernen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt D) bei Temperaturen von höchstens 110°C vorgehärtet. Es kann bei Temperaturen von höchstens 100°C, insbesondere höchstens 90°C, vorgehärtet werden. Die Temperatur im Schritt D) kann dabei insbesondere höher als im Schritt C) sein. Das heißt, die Vorhärtung kann im Bereich von 40°C bis 110°C, insbesondere 50°C bis 100°C, erfolgen. Bei diesen Temperaturen im Schritt D) erfolgt das Vorhärten insbesondere gleichmäßig und spannungsfrei, sodass auch ein spannungsfreier Silikonverguss erhalten wird. Hierdurch kann auch die Lebensdauer des Bauelementes verlängert werden. Bei diesen Temperaturen wird anmeldungsgemäß dennoch eine zügige Vorhärtung erhalten. Bei diesen milden Bedingungen können auch eventuell vorhandene Blasen im Silikonverguss beziehungsweise in der zu härtenden Zusammensetzung ausgetrieben werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatur im Schritt D) in 3 bis 5 Temperaturschritten erhöht. Ein stufenweiser Anstieg der Temperatur fördert die Herstellung eines gleichmäßig und spannungsfrei (vor-)gehärteten, blasenfreien Silikonvergusses.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt D) die Temperatur in mehreren Temperaturschritten, von mindestens 5°C bis höchstens 15°C, insbesondere von mindestens 7°C bis höchstens 12°C erhöht. Die Temperatur kann beispielsweise in mehreren Temperaturschritten, zum Beispiel 4 Temperaturschritte, um jeweils 10°C erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt D) das optoelektronische Bauelement nacheinander in 2 bis 6 Öfen, insbesondere 3 bis 5 Öfen, zum Beispiel 4 Öfen, mit unterschiedlicher Temperatur gegeben. Hierdurch können Temperaturschritte, zum Beispiel wie vorstehend beschrieben, zum thermischen Vorhärten des Silikonvergusses realisiert werden. Bei einem als Reel-to-Reel-Prozess gestalteten Verfahren kann das Bauelement beziehungsweise die Leadframe-Spur durch in Reihe angeordnete Öfen geführt werden.
In herkömmlichen Verfahren, die beispielsweise nur auf ein thermisches Vorhärten eines Silikonvergusses setzen, werden häufig bis zu 10 Öfen mit unterschiedlicher Temperatur benötigt. Somit kann durch das anmeldungsgemäße Verfahren der apparative sowie der zeitliche Aufwand zum Vergießen des Bauelementes gesenkt werden, wodurch es wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Zusammensetzung nicht vernetzbare Polydimethylsiloxan-Moleküle. Mit diesen Polydimethylsiloxan-Molekülen als Additiven kann die Viskosität und die Vernetzungsgeschwindigkeit der Zusammensetzung zusätzlich gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind anorganische Füllstoffe in der Zusammensetzung dispergiert. Die Füllstoffe können beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt werden, die SiO₂-Partikel, Streupartikel, Konvertermaterialien und eine Kombination hiervon umfasst. SiO₂-Partikel können beispielsweise verwendet werden, um die thermische Leitfähigkeit des Silikonvergusses zu erhöhen. Als Streupartikel können beispielsweise TiO₂, ZrO₂ und/oder Al₂O₃ verwendet werden. Die Wahl möglicher Konvertermaterialien ist anmeldungsgemäß nicht begrenzt. Geeignete Konvertermaterialien sind zum Beispiel in der WO 98/12757 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Darüber hinaus kann die Zusammensetzung weitere Additive wie beispielsweise Haftungsvermittler, Entlüfter, Inhibitoren und Thixotropiermittel enthalten. Geeignete Verbindungen hierfür sind dem Fachmann an sich bekannt und können kommerziell erhalten werden. Inhibitoren können dazu dienen, dass die Vernetzung erst bei den Temperaturen von Schritt D) erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung insbesondere anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei sind gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß und/oder vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigt
1 einen schematischen Querschnitt durch eine zum Vergießen von Bauelementen verwendete Vorrichtung.
In 1 sind die Schritte A), B), C) und D) eines Verfahrens nach zumindest einer Ausführungsform der Anmeldung anhand eines schematischen Querschnitts durch eine zum Vergießen verwendete Vorrichtung illustriert. Das Verfahren ist hier als Reel-to-Reel-Prozess gestaltet. Es werden dabei eine Vielzahl von Bauelementen 1 als Bestandsteil einer Leadframe-Spur 2 bereitgestellt und von einer ersten Rolle 41 abgerollt. Die Leadframe-Spur 2 kann nach dem Schritt D) auf einer zweiten Rolle 42 wieder gesammelt oder einem anderen Prozessschritt zugeführt werden (letzteres ist nicht gezeigt). Die Bewegungsrichtung der Bauelemente 1 während des Verfahrens ist durch den Pfeil 45 angedeutet. Die Bauelemente 1 beziehungsweise die Leadframe-Spur 2 können auf einem Träger angeordnet sein. In der Regel kann eine Leadframe-Spur 2 ohne einen Träger eingesetzt werden. Es können Bauelemente mehrerer Leadframe-Spuren parallel vergossen werden, was aufgrund des Querschnitts nicht gezeigt ist. Es können die Bauelemente 1 beziehungsweise die Leadframe-Spur 2 mit einer Geschwindigkeit von 15–70 cm/min, insbesondere 25–50 cm/min, bewegt werden. Wie dargestellt, können sich die Bauelemente 1 einer Leadframe-Spur 2 in unterschiedlichen Schritten des Verfahrens befinden.
Aus der Auftragevorrichtung 10, die zum Beispiel Düsen aufweist, wird eine Zusammensetzung nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform, umfassend eine erste und eine zweite Silikonverbindung sowie einen Platin-Katalysator, auf das Bauelement 1 aufgetragen. Dies kann unter Druck, zum Beispiel größer als 1,5 bar, geschehen. Das Auftragen der Zusammensetzung kann als ein sogenanntes Jetting oder Dispensen gestaltet sein. Hierbei kann durch die plötzliche Scherung die Viskosität der Zusammensetzung erniedrigt werden. Beim Auftragen können Blasen in der Zusammensetzung weitgehend vermieden werden. Es können bis zu 15 μg, insbesondere 2 μg bis 6 μg, Zusammensetzung aufgetragen werden. Die Zusammensetzung weist eine niedrige Viskosität von höchstens 2,0 Pa·s, insbesondere mindestens 0,7 Pa·s bis höchstens 1,8 Pa·s, auf. Der Verfahrensschritt B) kann innerhalb von höchstens 2,2 s durchgeführt werden, sodass dieser vorteilhafterweise sehr schnell abgeschlossen werden kann. Die Auftragevorrichtung 10 steht somit innerhalb kurzer Zeit wieder für weitere Bauelemente 1 zur Verfügung, sodass eine zügige Taktung und ein hoher Durchsatz an vergossenen Bauelementen 1 in dem Verfahren erhalten wird. Das Verfahren ist daher auch sehr wirtschaftlich.
In dem Segment 20 werden die Bauelemente 1 für beispielsweise bis zu 40 s, insbesondere bis zu 30 s, mit UV-Strahlung bestrahlt, was eine effektive Aktivierung des Platin-Katalysators bewirkt. Hierdurch kann über den gesamten Querschnitt der aufgetragenen Zusammensetzung hinweg der Platin-Katalysator aktiviert werden, wodurch eine zügige und gleichmäßige Vernetzung der ersten mit der zweiten Silikonverbindung ermöglicht wird. Die Temperatur im Segment 20 kann weniger als 50°C, zum Beispiel 40°C, betragen. In der Regel sind kurze Bestrahlungszeiten im Schritt C) von 10 s bis 20 s ausreichend.
Im Anschluss kann das Bauelement 1 in mehrere Öfen 30 mit unterschiedlicher Temperatur gegeben werden, wobei die thermische Vorhärtung der Zusammensetzung zum nicht mehr fließfähigen Silikonverguss erfolgt (Schritt D)). Es können 2 bis 6 Öfen 30 verwendet werden, beispielsweise wie hier gezeigt 4 Öfen 31, 32, 33 und 34. Durch die unterschiedlichen Öfen 30 können mehrere Temperaturschritte beim Vorhärten von zum Beispiel 5°C bis 15°C realisiert werden. In dem gezeigten Beispiel kann die Temperatur in dem ersten Ofen 31, der sich unmittelbar an Segment 20 anschließen kann, 60°C betragen. In den nachfolgenden Öfen 32, 33, 34 (zweiter, dritter und vierter Ofen) kann die Temperatur dann 70°C, 80°C und 90°C betragen. Die Temperaturschritte betragen in diesem Fall jeweils 10°C.
Der gesamte Ablauf vom Auftragen der Zusammensetzung auf ein Bauelement 1 mittels der Auftragevorrichtung 10 bis hin zum Verlassen dieses Bauelementes 1 der Öfen 30, hier Ofen 34, kann eine Zeitspanne von höchstens 4 min benötigt werden. Mit Vorteil kann für die anhand dieses Beispiels beschriebenen Schritte B), C) und D) sogar nur eine Zeitspanne von weniger als 3,0 min, zum Beispiel 2,5 min, benötigt werden. Der Silikonverguss ist danach nicht mehr fließfähig, wie es oben beschrieben ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und jede Kombination in den Ausführungsbeispielen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0905797 A2 [0029]
WO 02/13281 A1 [0029]
WO 98/12757 A1 [0052]

Claims

Verfahren zum Vergießen von optoelektronischen Bauelementen, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Bauelements (1); B) Auftragen einer Zusammensetzung auf das mindestens eine optoelektronische Bauelement (1), wobei die Zusammensetzung eine erste vernetzbare Silikonverbindung, die C-C-Doppelbindungen enthält, sowie eine zweite vernetzbare Silikonverbindung, die Si-H-Funktionen enthält, und einen Platin-Katalysator umfasst, und wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von höchstens 2,0 Pa·s aufweist; C) Bestrahlen der Zusammensetzung mit UV-Strahlung, wobei der Platin-Katalysator durch die UV-Strahlung aktiviert wird; und D) thermisches Vorhärten der Zusammensetzung zu einem Silikonverguss, sodass die erste und die zweite Silikonverbindung zumindest teilweise miteinander vernetzt sind und der Silikonverguss nicht mehr fließfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte B), C und D) innerhalb von höchstens 4,0 min durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte C) und D) bei dem Bauelement (1) nacheinander und in dieser Reihenfolge durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren als Reel-to-Reel-Prozess gestaltet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren als weiteren Schritt E) ein Nachhärten des Silikonvergusses umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Aktivieren durch die Bestrahlung mit UV-Strahlung die Freisetzung von metallischem Platin aus dem Platin-Katalysator bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Platin-Katalysator aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Platincarbonylcyclovinylmethylsiloxan-Komplex, Platin-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxan-Komplex, Platintetravinyltetramethyltetracyclosiloxan-Komplex, Platinoctanaloctanol-Komplex und eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt B) die Zusammensetzung eine Viskosität im Bereich von mindestens 0,7 Pa·s bis höchstens 1,8 Pa·s aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auftragen in Schritt B) in höchstens 2,2 s durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt B) die Zusammensetzung mit einem Druck von mindestens 1,5 bar aus einer Düse aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt C) für höchstens 40 s mit UV-Strahlung bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt C) bei einer Temperatur von höchstens 50°C mit UV-Strahlung bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt D) bei Temperaturen von höchstens 110°C vorgehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt D) die Temperatur in mehreren Temperaturschritten von mindestens 5°C bis höchstens 15°C erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt D) das optoelektronische Bauelement (1) nacheinander in 2 bis 6 Öfen (30) mit unterschiedlicher Temperatur gegeben wird.