DE102013224899A1 - Varistorpaste, optoelektronisches Bauelement, Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste und Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements - Google Patents

Varistorpaste, optoelektronisches Bauelement, Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste und Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements Download PDF

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Abstract

Eine Varistorpaste umfasst ein Matrixmaterial und in das Matrixmaterial eingebettete Partikel. Ohne die eingebetteten Partikel weist das Matrixmaterial eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s auf. Die eingebetteten Partikel umfassen Varistorpartikel.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Varistorpaste gemäß Patentanspruch 1, ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 11, ein Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste gemäß Patentanspruch 12 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements gemäß Patentanspruch 13.
  • Es ist bekannt, dass empfindliche Komponenten elektronischer und optoelektronischer Bauelemente vor einer Beschädigung durch elektrostatische Entladungen (ESD) geschützt werden müssen. Eine bekannte Möglichkeit liegt in der Verwendung von Schutzdioden, die den zu schützenden Komponenten parallel geschaltet werden. Diese Schutzdioden benötigen allerdings Bauraum, der in vielen Fällen nur begrenzt zur Verfügung steht. Außerdem ist die Verwendung von Schutzdioden mit erhöhten Kosten und einem erhöhten Montageaufwand verbunden.
  • Die DE 10 2012 207 772.3 beschreibt Varistorelemente, die aus einer Varistorpaste herstellbar sind und anstelle von Schutzdioden in elektronischen Bauelementen eingesetzt werden können. Die Varistorpaste weist ein Matrixmaterial mit einer Viskosität zwischen 0,8 Pa·s und 4 Pa·s auf.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Varistorpaste bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Varistorpaste mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
  • Eine Varistorpaste weist ein Matrixmaterial und in das Matrixmaterial eingebettete Partikel auf. Dabei weist das Matrixmaterial ohne eingebettete Partikel eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s auf. Die in das Matrixmaterial eingebetteten Partikel umfassen Varistorpartikel. Vorteilhafterweise erlaubt die niedrige Viskosität des Matrixmaterials ohne eingebettete Partikel einen hohen Füllgrad der in das Matrixmaterial eingebetteten Partikel der Varistorpaste. Dadurch lassen sich bei aus der Varistorpaste hergestellten Varistorelementen vorteilhafterweise hohe Ansprechspannungen erzielen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste weist das Matrixmaterial ohne eingebettete Partikel eine Viskosität von weniger als 0,5 Pa·s auf. Vorteilhafterweise werden dadurch besonders hohe Füllgrade an in das Matrixmaterial eingebetteten Partikeln ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste weist das Matrixmaterial ein Harz oder ein Silikon auf. Dabei kann das Matrixmaterial insbesondere ein Epoxidharz, ein Acrylat, ein Polyurethan oder einen Cyanatester aufweisen. Vorteilhafterweise können diese Materialien die gewünschte geringe Viskosität aufweisen und ermöglichen ein späteres Aushärten, um aus der Varistorpaste ein Varistorelement herzustellen. Im Fall von LED-Bauelementen, bei denen im Package hohe Temperaturen von mehr als 150°C und/oder hohe Helligkeiten auftreten können, sind Silikone als Matrximaterial zu bevorzugen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste ist das Matrixmaterial ein einkomponentiges Matrixmaterial. Bevorzugt ist das Matrixmaterial eine einkomponentige Epoxidharzmischung. Vorteilhafterweise kann das Matrixmaterial der Varistorpaste in diesem Fall eine besonders gute Lagerstabilität aufweisen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste weisen 90 Vol.-% der eingebetteten Partikel eine Größe von weniger als 20 µm auf. Dabei weisen 50 Vol.-% der eingebetteten Partikel eine Größe von weniger als 12 µm auf. Vorteilhafterweise weist die Varistorpaste dadurch eine Feinkörnigkeit auf, die eine Herstellung von Varistorelementen mit sehr kleinen räumlichen Abmessungen ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste machen die eingebetteten Partikel mindestens 50 Gew.-% der Varistorpaste aus, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%. Vorteilhafterweise können aus der Varistorpaste hergestellte Varistorelemente dadurch eine hohe Ansprechspannung aufweisen. Die Ansprechspannung von aus der Varistorpaste hergestellten Varistorelementen kann beispielsweise oberhalb von 10 V liegen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste weist diese eine Viskosität von weniger als 200 Pa·s auf. Bevorzugt weist die Varistorpaste eine Viskosität von weniger als 100 Pa·s auf. Vorteilhafterweise lässt sich die Varistorpaste dadurch auf einfache Weise weiterverarbeiten. Beispielsweise lässt sich die Varistorpaste mit einer Viskosität von weniger als 200 Pa·s, bevorzugt weniger als 100 Pa·s, durch ein Dosierverfahren oder ein Druckverfahren zu Varistorelementen weiterverarbeiten.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste umfassen die eingebetteten Partikel elektrisch leitende Partikel, die Al, Cu, Ag, Au, Pd und/oder ein anderes Metall aufweisen, und/oder elektrisch leitende Partikel, die Graphit, Leitruß, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren aufweisen. Vorteilhafterweise erhöhen in das Matrixmaterial der Varistorpaste eingebettete elektrisch leitende Partikel eine elektrische Leitfähigkeit der Varistorpaste und eine elektrische Leitfähigkeit von aus der Varistorpaste hergestellten Varistorelementen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste machen die elektrisch leitenden Partikel einen Anteil von weniger als 20 Gew.-% der eingebetteten Partikel aus, bevorzugt einen Anteil von weniger als 10 Gew.-%. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass aus der Varistorpaste hergestellte Varistorelemente geeignete Varistoreigenschaften aufweisen.
  • In einer Ausführungsform der Varistorpaste weist diese einen Thixotropieindex von nicht mehr als 10 auf, bevorzugt einen Thixotropieindex von nicht mehr als 6. Der Thixotropieindex bezieht sich dabei auf eine Temperatur von 23°C. Vorteilhafterweise wird durch einen derart niedrigen Thixotropieindex eine einfache Verarbeitbarkeit der Varistorpaste erzielt.
  • Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Varistorelement, das dem optoelektronischen Halbleiterchip parallel geschaltet ist. Dabei weist das Varistorelement ein Matrixmaterial und in das Matrixmaterial eingebettete Partikel auf. Die eingebetteten Partikel umfassen Varistorpartikel. Das Matrixmaterial weist eine Glasübergangstemperatur von mehr als 130°C auf. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein Epoxidharz aufweisen. Vorteilhafterweise schützt das Varistorelement dieses optoelektronischen Bauelements den optoelektronischen Halbleiterchip vor einer Beschädigung durch elektrostatische Entladungen. Das aus einem Matrixmaterial mit eingebetteten Partikeln hergestellte Varistorelement kann dabei vorteilhafterweise sehr geringe räumliche Abmessungen aufweisen. Außerdem kann das Varistorelement vorteilhafterweise auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt sein. Die Glasübergangstemperatur des Matrixmaterials des Varistorelements von mehr als 130°C verhindert vorteilhafterweise eine Beschädigung oder Zerstörung des Varistorelements durch während des Betriebs des optoelektronischen Bauelements auftretende Temperaturen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Matrixmaterials, das eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s aufweist, und zum Einbetten von Partikeln in das Matrixmaterial, um eine Varistorpaste zu bilden, wobei die eingebetteten Partikel Varistorpartikel umfassen. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung einer Varistorpaste, die einen hohen Füllgrad der in das Matrixmaterial der Varistorpaste eingebetteten Partikel aufweist. Dies wird durch die niedrige Viskosität des Matrixmaterials der Varistorpaste vor dem Einbetten der Partikel in das Matrixmaterial ermöglicht. Durch einen hohen Füllgrad der in das Matrixmaterial eingebetteten Partikel können aus der durch das Verfahren erhältlichen Varistorpaste Varistorelemente hergestellt werden, die eine hohe Ansprechspannung aufweisen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements umfasst Schritte zum Herstellen einer Varistorpaste nach einem Verfahren der vorgenannten Art, zum Formen eines Varistorelements aus der Varistorpaste und zum Aushärten des Varistorelements. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Varistorelements. Das Varistorelement kann dabei vorteilhafterweise mit sehr flexibler Geometrie und mit sehr geringen räumlichen Abmessungen ausgebildet werden. Dadurch ermöglicht das Verfahren eine Integration von Varistorelementen in Bauelemente mit nur begrenzt zur Verfügung stehendem Bauraum.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Formen des Varistorelements durch ein Dosierverfahren oder durch ein Druckverfahren. Insbesondere erfolgt das Formen des Varistorelements durch Nadeldosieren, berührungsloses Nadeldosieren, Stempeldrucken, Tampondrucken, Siebdrucken oder Schablonendrucken. Vorteilhafterweise ermöglichen diese Verfahren eine einfache und kostengünstige Formung des Varistorelements aus der Varistorpaste. Das Verfahren eignet sich dabei vorteilhafterweise für eine Massenproduktion mit starker Automatisierung.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aushärten des Varistorelements durch eine Temperaturbeaufschlagung oder durch Bestrahlung mit UV-Licht, Mikrowellenstrahlung oder Elektronenstrahlung. Im Falle einer Aushärtung des Varistorelements durch Temperaturbeaufschlagung beträgt die maximale Härtungstemperatur bevorzugt weniger als 200°C, besonders bevorzugt weniger als 180°C. Vorteilhafterweise lässt sich das Verfahren dadurch für eine Vielzahl von Varistorelementen gleichzeitig durchführen, was eine kostengünstige Durchführung des Verfahrens ermöglicht.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung
  • 1 eine Varistorpaste;
  • 2 ein optoelektronisches Bauelement; und
  • 3 ein Kennliniendiagramm eines Varistorelements.
  • 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Varistorpaste 100. Die Varistorpaste 100 kann zur Herstellung von Varistorelementen dienen.
  • Die Varistorpaste 100 liegt als viskose Paste vor. Die Varistorpaste 100 weist bei einer Temperatur von 23°C bevorzugt eine Viskosität von weniger als 200 Pa·s auf. Besonders bevorzugt weist die Varistorpaste 100 bei einer Temperatur von 23°C eine Viskosität von weniger als 100 Pa·s auf. Der Thixotropieindex der Varistorpaste 100 liegt bei einer Temperatur von 23°C bevorzugt maximal bei 10, besonders bevorzugt bei maximal 6. Dadurch ist die Rheologie der Varistorpaste 100 an eine Applikation durch ein Dosierverfahren oder ein Druckverfahren angepasst.
  • Die Varistorpaste 100 weist ein Matrixmaterial 110 und in das Matrixmaterial 110 eingebettete Partikel 120 auf. Dabei machen die eingebetteten Partikel 120 bevorzugt mindestens 50 Gew.-% der Varistorpaste 100 aus. Besonders bevorzugt machen die eingebetteten Partikel 120 mindestens 60 Gew.-% der Varistorpaste 100 aus. Vorteilhafterweise ermöglicht ein derart hoher Füllgrad eine Herstellung von Varistorelementen aus der Varistorpaste 100, die eine hohe Ansprechspannung aufweisen.
  • Das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 weist bevorzugt ein Harz oder ein Silikon auf. Beispielsweise kann das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 ein Epoxidharz, ein Acrylat, ein Polyurethan oder einen Cyanatester aufweisen. Bevorzugt ist das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 ein einkomponentiges Matrixmaterial, weist also bevorzugt ein einkomponentiges Harz oder Silikon auf. Besonders bevorzugt weist das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eine einkomponentige Epoxidharzmischung auf. Das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 weist bevorzugt eine Lagerstabilität bei Raumtemperatur von mindestens sechs Monaten auf.
  • Das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 weist ohne die eingebetteten Partikel 120 bei einer Temperatur von 23°C eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s auf. Bevorzugt weist das Matrixmaterial 110 bei einer Temperatur von 23°C eine Viskosität von weniger als 0,5 Pa·s auf. Durch eine derart niedrige Viskosität des Matrixmaterials 110 der Varistorpaste 100 wird es ermöglicht, dass die Varistorpaste 100 auch bei einer Füllung mit eingebetteten Partikeln 120 mit hohem Füllgrad noch eine Viskosität aufweist, die eine einfache Verarbeitung der Varistorpaste ermöglicht.
  • Die in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikel 120 weisen bevorzugt Größen von weniger als 20 µm auf. Besonders bevorzugt weisen 90 Vol.-% der eingebetteten Partikel 120 eine Größe von weniger als 20 µm auf (d90-Wert). Außerdem weisen bevorzugt 50 Vol.-% der eingebetteten Partikel 120 eine Größe von weniger als 12 µm auf (d50-Wert). Dabei können alle eingebetteten Partikel 120 eine Größe aus einem gemeinsamen engen Größenintervall aufweisen. Die eingebetteten Partikel 120 können aber auch als Mischung von Teilchen mit Größen aus unterschiedlichen Größenintervallen ausgebildet sein. Die bevorzugten geringen d90- und d50-Werte der in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikel 120 ermöglichen es vorteilhafterweise, aus der Varistorpaste 100 Varistorelemente mit sehr geringen räumlichen Abmessungen herzustellen.
  • Die Morphologie der in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikel 120 kann beliebig gewählt werden. Besonders bevorzugt weisen die in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Partikel 120 allerdings Plättchenformen auf. In diesem Fall können die Abmessungen der eingebetteten Partikel 120 in einzelne Raumrichtungen noch wesentlich geringer als die angegebenen d90- und d50-Werte sein. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, aus der Varistorpaste 100 Varistorelemente herzustellen, die räumliche Abmessungen und Strukturbreiten aufweisen, die geringer als die angegebenen bevorzugten d90- und d50-Werte der eingebetteten Partikel 120 sind.
  • Die in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikel 120 umfassen Varistorpartikel 130. Die Varistorpartikel 130 weisen Varistoreigenschaften bzw. Varistorverhalten auf. Die Varistorpartikel 130 verleihen dadurch auch der aus dem Matrixmaterial 110 und den in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Partikeln 120 gebildeten Varistorpaste 100 und aus der Varistorpaste 100 hergestellten Varistorelementen Varistoreigenschaften.
  • Die Varistorpartikel 130 können beispielsweise SiC oder ein Metalloxid wie ZnO, Bismutoxid, Chromoxid, Manganoxid oder Kobaltoxid aufweisen. Die Varistorpartikel 130 können auch eine stöchiometrische Verbindung mehrerer dieser oder weiterer Materialien aufweisen. Die Varistorpartikel 130 können auch als Mischung von Partikeln mit unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein.
  • Die Varistorpartikel 130 können dotiert oder undotiert vorliegen. Beispielsweise können die Varistorpartikel 130 mit Metallen wie Sb, Co und Bi dotiert sein.
  • Die Varistorpartikel 130 können beliebige Formen aufweisen. Bevorzugt sind die Varistorpartikel 130 aber plättchenförmig oder als Flocken (Flakes) ausgebildet.
  • Die in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikel 120 können zusätzlich zu den Varistorpartikeln 130 auch elektrisch leitende Partikel 140 umfassen. Die elektrisch leitenden Partikel 140 können dazu dienen, eine elektrische Leitfähigkeit der Varistorpaste 100 und eine elektrische Leitfähigkeit von aus der Varistorpaste 100 hergestellten Varistorelementen zu erhöhen.
  • Bevorzugt beträgt der Anteil der elektrisch leitenden Partikel 140 an den in das Matrixmaterial 110 der Varistorpaste 100 eingebetteten Partikeln 120 weniger als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%. Die elektrisch leitenden Partikel 140 können auch vollständig entfallen.
  • Die elektrisch leitenden Partikel 140 können ein Metall wie Al, Cu, Ag, Au, Pd oder ein anderes Metall aufweisen. Die elektrisch leitenden Partikel 140 können auch leitfähigen Kohlenstoff aufweisen, beispielsweise Graphit, Leitruß, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren.
  • 2 zeigt eine beispielhafte und stark schematisierte Aufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement 200. Das optoelektronische Bauelement 200 ist zur Emission elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Das optoelektronische Bauelement 200 kann beispielsweise ein Leuchtdiodenbauelement (LED-Bauelement) sein.
  • Das optoelektronische Bauelement 200 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 210. Der optoelektronische Halbleiterchip 210 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 210 kann beispielsweise als Leuchtdiodenchip (LED-Chip) ausgebildet sein.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 210 weist eine Oberseite 220 und eine der Oberseite 220 gegenüberliegende Unterseite 230 auf. An der Oberseite 220 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 ist ein oberer elektrischer Kontakt 221 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 ausgebildet. An der Unterseite 230 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 ist ein unterer elektrischer Kontakt 231 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 angelegt. Zwischen dem oberen elektrischen Kontakt 221 und dem unteren elektrischen Kontakt 231 kann eine elektrische Spannung an den optoelektronischen Halbleiterchip 210 angelegt werden, um den optoelektronischen Halbleiterchip 210 zur Emission elektromagnetischer Strahlung zu veranlassen.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 210 ist auf einem Träger 240 des optoelektronischen Bauelements 200 angeordnet. Der Träger 240 umfasst ein elektrisch isolierendes Material, in das eine erste elektrische Kontaktfläche 250 und eine zweite elektrische Kontaktfläche 260 eingebettet sind. Die erste elektrische Kontaktfläche 250 und die zweite elektrische Kontaktfläche 260 können elektrisch leitend mit in 2 nicht sichtbaren elektrischen Anschlusselementen des optoelektronischen Bauelements 200 verbunden sein, die zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 200 dienen.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 210 ist derart auf der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 des Trägers 240 angeordnet, dass die Unterseite 230 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 zugewandt ist und der untere elektrische Kontakt 231 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 in elektrisch leitender Verbindung mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 steht. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip 210 über eine Lötverbindung oder durch Leitkleber, Sinterkleber oder Sinterpaste an der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 des Trägers 240 befestigt sein. Der an der Oberseite 220 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 ausgebildete obere elektrische Kontakt 221 des optoelektronischen Halbleiterchips 210 ist mittels eines Verbindungselements 270 elektrisch leitend mit der ersten elektrischen Kontaktfläche 250 des Trägers 240 verbunden. Das Verbindungselement 270 kann beispielsweise als Bonddraht ausgebildet sein.
  • Der beschriebene Aufbau des optoelektronischen Bauelements 200 ist rein beispielhaft zu verstehen. Der optoelektronische Halbleiterchip 210, die Anordnung seiner Kontakte 221, 231, der Träger 240 und die Art der Verbindungen zwischen den elektrischen Kontakten 221, 231 und den Kontaktflächen 250, 260 des Trägers 240 können auch anders ausgebildet werden. Im Stand der Technik sind hierfür zahlreiche Möglichkeiten bekannt.
  • Das optoelektronische Bauelement 200 umfasst ein Varistorelement 280, das sich zwischen der ersten elektrischen Kontaktfläche 250 und der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 des Trägers 240 erstreckt und somit dem optoelektronischen Halbleiterchip 210 des optoelektronischen Bauelements 200 elektrisch parallel geschaltet ist. Die Geometrie und Anordnung des Varistorelements 280 kann auch anders als im Beispiel der 2 dargestellt gewählt werden. Entscheidend ist lediglich, dass das Varistorelement 280 dem optoelektronischen Halbleiterchip 210 elektrisch parallel geschaltet ist.
  • Das Varistorelement 280 kann eine regelmäßige oder unregelmäßige geometrische Form und Struktur aufweisen. Beispielsweise kann das Varistorelement 280 als Quadrat, Rechteck, Vieleck, Kreis, Ellipse oder in Linienform ausgebildet sein. Das Varistorelement 280 kann beispielsweise Strukturbreiten zwischen 50 µm und 150 µm und eine Dicke zwischen 5 µm und 50 µm aufweisen. Die Dicke des Varistorelements 280 kann im in 2 dargestellten Beispiel beispielsweise senkrecht zur Oberseite des Trägers 240 bemessen sein.
  • Das Varistorelement 280 des optoelektronischen Bauelements 200 ist aus der in 1 gezeigten Varistorpaste 100 geformt worden. Nach dem Formen des Varistorelements 280 aus der Varistorpaste 100 ist das Varistorelement 280 ausgehärtet worden.
  • Das Formen des Varistorelements 280 aus der Varistorpaste 100 kann durch eine beliebige etablierte Applikationsmethode erfolgt sein. Beispielsweise kann das Formen des Varistorelements 280 aus der Varistorpaste 100 durch ein Dosierverfahren oder durch ein Druckverfahren erfolgt sein. Insbesondere kann das Formen des Varistorelements 280 aus der Varistorpaste 100 durch Nadeldosieren (Dispensen), berührungsloses Nadeldosieren (Jetten), Stempeldrucken, Tampondrucken, Siebdrucken oder Schablonendrucken erfolgt sein.
  • Das Aushärten des Varistorelements 280 ist durch ein Härtungsverfahren erfolgt. Beispielsweise kann das Aushärten des Varistorelements 280 durch eine Temperaturbeaufschlagung oder durch Bestrahlung mit UV-Licht, Mikrowellenstrahlung oder Elektronenstrahlung erfolgt sein. Im Falle einer Aushärtung des Varistorelements 280 durch eine Temperaturbeaufschlagung hat die Härtungstemperatur bevorzugt maximal 200°C betragen, besonders bevorzugt maximal 180°C. Durch das Aushärten des Varistorelements 280 ist die Varistorpaste 100 in einen Varistorkompositwerkstoff überführt worden.
  • Der Varistorkompositwerkstoff des Varistorelements 280 weist bevorzugt eine Glastemperatur von über 130°C auf. Dadurch wird sichergestellt, dass das Varistorelement 280 des optoelektronischen Bauelements 200 durch während des Betriebs des optoelektronischen Bauelements 200 auftretende Betriebstemperaturen nicht beschädigt wird. Insbesondere wird das Varistorelement 280 nicht durch im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 200 anfallende Abwärme des optoelektronischen Halbleiterchips 210 beschädigt. Der optoelektronische Halbleiterchip 210 des optoelektronischen Bauelements 200 kann während des Betriebs des optoelektronischen Bauelements 200 beispielsweise eine Temperatur von bis zu 110°C annehmen.
  • Das Varistorelement 280 des optoelektronischen Bauelements 200 dient dem Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips 210 des optoelektronischen Bauelements 200 vor einer Beschädigung durch elektrostatische Entladungen. Falls zwischen der ersten elektrischen Kontaktfläche 250 und der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 des Trägers 240 des optoelektronischen Bauelements 200 eine elektrische Spannung anliegt, deren Betrag eine zulässige Nennspannung des optoelektronischen Halbleiterchips 210 nicht überschreitet, so weist das Varistorelement 280 einen hohen elektrischen Widerstand auf, durch den sichergestellt ist, dass ein Stromfluss im Wesentlichen nur durch den optoelektronischen Halbleiterchip 210 und nicht durch das Varistorelement 280 stattfindet.
  • Liegt zwischen der ersten elektrischen Kontaktfläche 250 und der zweiten elektrischen Kontaktfläche 260 jedoch eine elektrische Spannung an, deren Betrag eine zulässige Nennspannung des optoelektronischen Halbleiterchips 210 überschreitet, so weist das Varistorelement 280 einen niedrigen elektrischen Widerstand auf, der bewirkt, dass ein Stromfluss im Wesentlichen über das Varistorelement 280 und nicht über den optoelektronischen Halbleiterchip 210 stattfindet. Dadurch wird eine Beschädigung des optoelektronischen Halbleiterchips 210 verhindert.
  • Die zulässige Nennspannung des optoelektronischen Halbleiterchips 210 kann beispielsweise zwischen 10 V und 100 V liegen. Die Ansprechspannung des Varistorelements 280, ab der der elektrische Widerstand des Varistorelements 280 schlagartig sinkt, liegt oberhalb der zulässigen Nennspannung des optoelektronischen Halbleiterchips 210.
  • 3 zeigt ein schematisches beispielhaftes Kennliniendiagramm 300 des Varistorelements 280. Auf einer horizontalen Achse des Kennliniendiagramms 300 ist eine an das Varistorelement 280 angelegte elektrische Spannung 310 aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse des Kennliniendiagramms 300 ist eine Stromstärke 320 eines durch das Varistorelement 280 fließenden elektrischen Stroms aufgetragen.
  • In dem Kennliniendiagramm 300 ist eine beispielhafte Strom-Spannungs-Kennlinie 330 des Varistorelements 280 für den Fall dargestellt, dass die Ansprechspannung des Varistorelements 280 etwa 80 V beträgt. Liegt der Wert der über das Varistorelement 280 anliegenden elektrischen Spannung 310 unterhalb der Ansprechspannung des Varistorelements 280, so ist der elektrische Widerstand des Varistorelements 280 hoch und es fließt im Wesentlichen kein elektrischer Strom 320 durch das Varistorelement 280. Überschreitet der Wert der an das Varistorelement 280 angelegten Spannung 310 die Ansprechspannung des Varistorelements 280, so sinkt der elektrische Widerstand des Varistorelements 280 schlagartig und ein nicht verschwindender elektrischer Strom 320 kann durch das Varistorelement 280 fließen.
  • Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Varistorpaste
    110
    Matrixmaterial
    120
    eingebettete Partikel
    130
    Varistorpartikel
    140
    elektrisch leitende Partikel
    200
    Optoelektronisches Bauelement
    210
    optoelektronischer Halbleiterchip
    220
    Oberseite
    221
    oberer elektrischer Kontakt
    230
    Unterseite
    231
    unterer elektrischer Kontakt
    240
    Träger
    250
    erste elektrische Kontaktfläche
    260
    zweite elektrische Kontaktfläche
    270
    Verbindungselement
    280
    Varistorelement
    300
    Kennliniendiagramm
    310
    elektrische Spannung
    320
    elektrischer Strom
    330
    Strom-Spannungs-Kennlinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012207772 [0003]

Claims (15)

  1. Varistorpaste (100) mit einem Matrixmaterial (110) und in das Matrixmaterial (110) eingebetteten Partikeln (120), wobei das Matrixmaterial (110) ohne eingebettete Partikel (120) eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s aufweist, wobei die eingebetteten Partikel (120) Varistorpartikel (130) umfassen.
  2. Varistorpaste (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial (110) ohne eingebettete Partikel (120) eine Viskosität von weniger als 0,5 Pa·s aufweist.
  3. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (110) ein Harz oder ein Silikon aufweist, insbesondere ein Epoxidharz, ein Acrylat, ein Polyurethan oder einen Cyanatester.
  4. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (110) ein einkomponentiges Matrixmaterial (110) ist.
  5. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 90 Vol.-% der eingebetteten Partikel (120) eine Größe von weniger als 20 µm aufweisen, wobei 50 Vol.-% der eingebetteten Partikel (120) eine Größe von weniger als 12 µm aufweisen.
  6. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eingebetteten Partikel (120) mindestens 50 Gew.-% der Varistorpaste (100) ausmachen, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%.
  7. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Varistorpaste (100) eine Viskosität von weniger als 200 Pa·s aufweist, bevorzugt eine Viskosität von weniger als 100 Pa·s.
  8. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eingebetteten Partikel (120) elektrisch leitende Partikel (140) umfassen, die Al, Cu, Ag, Au, Pd und/oder ein anderes Metall aufweisen, und/oder elektrisch leitende Partikel (140), die Graphit, Leitruß, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren aufweisen.
  9. Varistorpaste (100) gemäß Anspruch 8, wobei die elektrisch leitenden Partikel (140) einen Anteil von weniger als 20 Gew.-% der eingebetteten Partikel (120) ausmachen, bevorzugt einen Anteil von weniger als 10 Gew.-%.
  10. Varistorpaste (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Varistorpaste (100) einen Thixotropieindex von nicht mehr als 10 aufweist, bevorzugt einen Thixotropieindex von nicht mehr als 6.
  11. Optoelektronisches Bauelement (200) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (210) und einem Varistorelement (280), das dem optoelektronischen Halbleiterchip (210) parallel geschaltet ist, wobei das Varistorelement (280) ein Matrixmaterial (110) und in das Matrixmaterial (110) eingebettete Partikel (120) aufweist, wobei die eingebetteten Partikel (120) Varistorpartikel (130) umfassen, wobei das Matrixmaterial (110) eine Glasübergangstemperatur von mehr als 130°C aufweist.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Varistorpaste (100) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Matrixmaterials (110), das eine Viskosität von weniger als 0,8 Pa·s aufweist; – Einbetten von Partikeln (120) in das Matrixmaterial (110), um eine Varistorpaste (100) zu bilden, wobei die eingebetteten Partikel (120) Varistorpartikel (130) umfassen.
  13. Verfahren zum Herstellen eines Varistorelements (280) mit den folgenden Schritten: – Herstellen einer Varistorpaste (100) nach einem Verfahren gemäß Anspruch 12; – Formen eines Varistorelements (280) aus der Varistorpaste (100); – Aushärten des Varistorelements (280).
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Formen des Varistorelements (280) durch ein Dosierverfahren oder durch ein Druckverfahren erfolgt, insbesondere durch Nadeldosieren, berührungsloses Nadeldosieren, Stempeldrucken, Tampondrucken, Siebdrucken oder Schablonendrucken.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 und 14, wobei das Aushärten des Varistorelements (280) durch eine Temperaturbeaufschlagung oder durch Bestrahlung mit UV-Licht, Mikrowellenstrahlung oder Elektronenstrahlung erfolgt.
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