DE102016113490A1

DE102016113490A1 - Plättchen für ein optoelektronisches Bauelement, Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102016113490A1
Application number: DE102016113490.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reeswinkel; Patrick Ninz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Also published as: WO2018015441A1; US20190326487A1; DE112017003623A5

Abstract

Es wird ein Plättchen (1) für ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Silikon aufweist, wobei auf zumindest einer Oberfläche des Plättchens (1) chemische Verbindungen umfassend jeweils eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4) vorhanden sind, und die chemischen Verbindungen mit der Ankergruppe (3) an das Silikon gebunden sind, und wobei die Adhäsion auf der zumindest einen Oberfläche durch die Kopfgruppe (4) der chemischen Verbindungen vermindert ist. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben, welches ein solches Plättchen (1) enthält. Es wird weiterhin das optoelektronische Bauelement angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Plättchen für ein optoelektronisches Bauelement, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements sowie ein optoelektronisches Bauelement.
Komponenten optoelektronischer Bauelemente, die Silikon aufweisen, können an den Oberflächen aufgrund des Silikons häufig klebrig sein. Bei einer hohen Klebrigkeit, etwa gegenüber Partikeln aus der Umgebung oder gegenüber Werkzeugen, die mit den Komponenten in Kontakt kommen, kann es zu einer Vielzahl von Problemen während der Prozessierung der Komponenten und auch im Betrieb der Bauelemente, in die die Komponenten eingesetzt werden, kommen.
Eine Möglichkeit zur Verringerung der Klebrigkeit stellt eine Versiegelung der Silikonoberfläche mit einer nichtklebenden, polymeren bis glasartigen Schicht mittels aktiver Abscheidung durch ein Plasmaverfahren dar. Als Ausgangsmaterial findet hier das Monomer Hexamethyldisiloxan (HMDSO) Verwendung. Die Versiegelung kann jedoch die optischen Eigenschaften wie die Helligkeit oder Abstrahlcharakteristik beeinträchtigen beziehungsweise visuellle Veränderungen verursachen. Visuelle Veränderungen sind beispielsweise eine trübe, milchige Oberfläche bei dickeren Beschichtungen, wie sie bei einer Versiegelung auftreten können. Eine dickere Beschichtung kann zudem die Dimension der versiegelten Komponente verändern. Weiterhin ist das herkömmliche Verfahren beziehungsweise dessen Effekt nicht reversibel, eine spätere Entfernung der Versiegelung ist also nicht möglich.
Werkzeugseitig, beispielsweise im Falle einer Bestückungsmaschine, können spezielle Oberflächen wie eine Teflonbeschichtung oder eine Aufrauung eingesetzt werden, um die Anhaftung einer klebrigen Silikonoberfläche zu verringern. Dadurch wird die Werkzeugstandzeit erheblich reduziert.
Weiterhin müssen etwaige Rückstände von Materialien, beispielsweise Vergussmaterialien, die bei dem Einbau einer Komponente in einem optoelektronischen Bauelement auf der Oberfläche der Komponente entstehen können, unter großem Aufwand wieder entfernt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, verbesserte Komponenten für optoelektronische Bauelemente anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es ein optoelektronisches Bauelement, in dem eine solche Komponente eingesetzt wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, das eine solche Komponente enthält, anzugeben. Diese Aufgaben werden durch ein Plättchen, ein Verfahren und ein optoelektronisches Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Plättchens, des Verfahrens und des Bauelements sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Es wird ein Plättchen für ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Silikon aufweist. Auf zumindest einer Oberfläche des Plättchens sind chemische Verbindungen vorhanden, die jeweils eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe umfassen, und die chemischen Verbindungen sind mit der Ankergruppe an das Silikon gebunden. Die Adhäsion auf der zumindest einen Oberfläche ist durch die Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert.
Das Plättchen weist Dimensionen auf, die den Einsatz des Plättchens in einem optoelektronischen Bauelement ermöglichen. Beispielsweise ist das Plättchen so dimensioniert, dass es weitestgehend oder vollständig deckungsgleich auf einem aktiven Schichtenstapel eines optoelektronischen Bauelements, beispielsweise einer Licht emittierenden Diode (LED), angeordnet werden kann.
Unter „Oberfläche“ ist hier und im Folgenden eine Fläche zu verstehen, die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Plättchens und parallel zu einer zweiten Fläche (einer zweiten Oberfläche) verläuft. Die beiden Oberflächen sind über senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung angeordneten Seitenflächen miteinander verbunden. Das Plättchen ist somit im Wesentlichen eben. Es ist auch denkbar, dass die chemischen Verbindungen auf beiden Oberflächen des Plättchens und/oder auf einer, mehreren oder allen Seitenflächen vorhanden sind.
Weiterhin versteht sich, dass die Ankergruppe der chemischen Verbindungen, die an der zumindest einen Oberfläche vorhanden sind, an das Silikon gebunden ist, das sich an der Außenoberfläche des Plättchens befindet (im Gegensatz zu dem Silikon, das im Inneren des Plättchens vorhanden ist). Daher kann diese Oberfläche hier und im Folgenden auch als „Silikonoberfläche“ bezeichnet werden.
Unter Adhäsion soll hier und im Folgenden eine Klebrigkeit verstanden werden, insbesondere eine Neigung der Silikonoberfläche zur Anhaftung von Partikeln aus der Umgebung oder von Werkzeugoberflächen, die mit der Silikonoberfläche in Kontakt gebracht werden. Partikel aus der Umgebung können beispielsweise Partikel sein, wie sie bei großtechnischen Fertigungsprozessen häufig vorzufinden sind, wie beispielsweise Metallstäube oder Metallspäne, keramische Stäube, abgetrennte Silikonpartikel, oder auch normaler Staub oder sonstige Verunreinigungen. Die Partikelgrößen liegen dabei typischerweise im Mikrometerbereich. Unter Adhäsion ist weiterhin auch eine gute Haftungsmöglichkeit beziehungsweise Benetzbarkeit für andere Materialien, beispielsweise Klebstoffe, zu verstehen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass sich die Klebrigkeitseigenschaften von Plättchen, die Silikon aufweisen, durch die Anbindung chemischer Verbindungen beeinflussen lassen. Hierbei eignen sich insbesondere chemische Verbindungen, die eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe umfassen, wobei die Kopfgruppe Eigenschaften aufweist, welche eine Verminderung der Adhäsion, also der Klebrigkeit, ermöglichen, während durch die Ankergruppe die Anbindung der chemischen Verbindungen an die Silikonoberfläche erfolgt. Die Ankergruppe ist also an die Silikonoberfläche gebunden, während die Kopfgruppe nach außen, also von dem Plättchen weg, gerichtet ist. Durch eine derart modifizierte Oberfläche des Plättchens kann dessen Klebrigkeit beziehungsweise Adhäsion deutlich verringert werden.
Dadurch wird die Handhabung des Plättchens während seiner Prozessierung erleichtert, insbesondere beim Bestückungsprozess in beispielsweise einem Rüttelförderer, Sorter oder Taper, sowohl innerhalb der Bauteilprozessierung als auch beim späteren Aufbau auf Kundenseite. Dadurch lassen sich Ausbeuten erhöhen und Produktionskosten vermindern, insbesondere da ein manuelles Eingreifen vermieden wird. Auch speziell angepasste Werkzeuge, die höhere Anschaffungspreise und/oder niedrigere Standzeiten haben, sind bei verminderter Klebrigkeit der mit ihnen in Kontakt gebrachten Silikonoberflächen nicht mehr notwendig. Durch die verminderte Adhäsion beziehungsweise Klebrigkeit auf zumindest einer Oberfläche des Plättchens können beim Bestücken niedrigere Ansaug- beziehungsweise Anpresskräfte angewandt werden, wodurch Abdrücke vom Werkzeug auf den Plättchen vermieden beziehungsweise verringert werden. Das Plättchen ist durch das Vorhandensein der chemischen Verbindungen und damit der verminderten Adhäsion auf zumindest einer Oberfläche somit intern besonders gut prozessierbar, ohne dass eine optische Veränderung durch beispielsweise solche Abdrücke auftritt.
Sofern das Plättchen die spätere Außenoberfläche eines optoelektronischen Bauelements bildet, können dort auch unerwünschte Partikelanhaftungen, die zu unkontrollierten Änderungen der resultierenden Produkperformance, wie etwa eine Helligkeitsverringerung oder eine andere Abstrahlcharakteristik führen würden, verhindert oder vermindert werden.
Auch im Falle einer Verkapselung des Plättchens, nachdem es auf beispielsweise einem aktiven Schichtenstapel eines optoelektronischen Bauelements aufgebracht wurde, können auf dessen Oberfläche, an der die chemischen Verbindungen vorhanden sind, unerwünschte Rückstände vom Verkapselungsmaterial vermieden werden, welche ebenfalls die optischen Eigenschaften wie beispielsweise Helligkeit oder die Abstrahlcharakteristik negativ beeinflussen oder zu unerwünschten visuellen Veränderungen führen würden. Das spätere Entfernen solcher Rückstände, das mit einem großen Aufwand verbunden ist, kann somit vermieden oder aufgrund der verminderten Adhäsion zumindest erheblich erleichtert werden.
Zudem können die chemischen Verbindungen beziehungsweise deren Kopfgruppen von dem Plättchen, nachdem es in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt ist, zumindest teilweise wieder entfernt werden. Die somit wiederhergestellte Haftungsmöglichkeit auf der Oberfläche des Plättchens kann zur Fixierung weiterer Komponenten, die zur Herstellung des Bauelements benötigt werden, herangezogen werden.
Insgesamt können die Materialien des Plättchens und der darauf angeordneten chemischen Verbindungen so ausgewählt werden, dass die Eigenschaften des Plättchens an seinen Einsatzort in einem optoelektronischen Bauelement angepasst sind, was beispielsweise die Haftung des Silikons des Plättchens auf einem Untergrund und die Klebrigkeit bzw. die Oberflächenenergie der Silikonoberfläche, auf der die chemischen Verbindungen angeordnet sind, betrifft.
Gemäß einer Ausführungsform des Plättchens bilden die chemischen Verbindungen, die mit der Ankergruppe an das Silikon gebunden sind, eine monomolekulare Schicht aus. Es kommt also nicht zur Ausbildung von mehreren übereinanderliegenden Schichten der chemischen Verbindungen auf der Silikonoberfläche.
Auf diesem Wege können besonders dünne Schichten der chemischen Verbindungen von wenigen nm, beispielsweise weniger als 100 nm, insbesondere weniger als 50 nm, bevorzugt weniger als 10 nm, weiter bevorzugt weniger als 5 nm, und besonders bevorzugt weniger als 3 nm, auf der zumindest einen Oberfläche des Plättchens möglich sein. Trotz der sehr dünnen Schichtdicken lässt sich die Adhäsion gegenüber Partikeln oder Werkzeugoberflächen deutlich reduzieren. Der gewünschte Effekt lässt sich also mit einem geringen Materialeinsatz erreichen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke der Schicht der chemischen Verbindungen größer oder gleich 0,5 nm sein. Damit kann vermieden werden, dass zu geringe Schichtdicken die adhäsionsmindernde Wirkung verringern.
Durch die Ausbildung als dünne monomolekulare Schicht beeinträchtigen die chemischen Verbindungen auch nicht oder nur geringfügig das Aussehen und die optischen Eigenschaften des Plättchens. Beispielsweise können unerwünschte Änderungen der Strahlendurchlässigkeit oder der Transparenz beziehungsweise eine Änderung des Brechungsindex von Silikon vermieden werden. Auch die Dimensionen des Plättchens werden durch das Vorhandensein der chemischen Verbindungen auf zumindest einer Oberfläche nicht verändert, wie es zum Beispiel bei einer dickeren Beschichtung mittels HMDSO bei einer Versiegelung der Fall ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die mit der Ankergruppe an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine selbstorganisierende Monolage (englisch: self-assembling monolayer, SAM) aus. Durch eine SAM kann eine die klebrige Silikonoberfläche abschirmende Schicht erzeugt werden. Die Verringerung der Adhäsion ist besonders effektiv, je kompakter die chemischen Verbindungen angeordnet sind. Dafür eignen sich SAMs ganz besonders, da sie einen hohen Ordnungsgrad aufweisen und so eine kompakte Anordnung der chemischen Verbindungen an der Silikonoberfläche ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kopfgruppe aus einer Gruppe ausgewählt, die lineare Alkylgruppen, verzweigte Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte lineare Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte verzweigte Alkylgruppen, perfluorierte lineare Alkylgruppen und perfluorierte verzweigte Alkylgruppen umfasst.
Mit linearen Alkylgruppen, linearen zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise linearen perfluorierten Alkylgruppen lassen sich die chemischen Verbindungen besonders kompakt an der Silikonoberfläche anordnen. Je kompakter die Anordnung der chemischen Verbindungen, umso deutlicher kann die Adhäsion zum Beispiel gegenüber Umgebungspartikeln oder Werkzeugoberflächen verringert werden. Auch kompakte SAMs können besonders gut mit linearen Alkylgruppen, linearen zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise linearen perfluorierten Alkylgruppen erzeugt werden.
Teilweise fluorierte und perfluorierte Kopfgruppen führen zu einer besonders deutlichen Reduzierung der Adhäsion. Außerdem haben fluorierte Gruppen den Effekt, dass sie zu einer Verminderung des Reibungskoeffizienten führen. Reibungskoeffizienten stellen ein Maß für die Gleit- und insbesondere Haftreibung dar und spiegeln somit auch Haft- beziehungsweise Adhäsionseigenschaften wider. Wird der Reibungskoeffizient reduziert, wird auch die Adhäsion der Oberfläche des Plättchens vermindert. Fluorierte Kopfgruppen können zudem aufgrund ihrer hohen sowohl hydrophoben wie auch oliophoben Eigenschaften Verschmutzungen verschiedenster Art vermindern. In manchen Fällen kann sogar eine selbstreinigende Wirkung möglich sein, indem Flüssigkeitstropfen an Schichten aufweisend fluorierte Kopfgruppen abperlen und dadurch zusätzlich Partikel abwaschen können.
Verzweigte Alkylgruppen, verzweigte zumindest teilweise fluorierte Alkylgruppen beziehungsweise verzweigte perfluorierte Alkylgruppen als Kopfgruppen verringern ebenfalls die Adhäsion, wobei sich der hohe sterische Anspruch der verzweigten Alkylgruppen, verzweigten zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise verzweigten perfluorierten Alkylgruppen ausnutzen lässt, um einen breiten Bereich der Silikonoberfläche abzudecken beziehungsweise abzuschirmen. Es können also weniger chemische Verbindungen zur Verminderung der Adhäsion notwendig sein, wenn verzweigte (fluorierte) Alkylgruppen als Kopfgruppe vorhanden sind, als mit linearen (fluorierten) Alkylgruppen als Kopfgruppe.
Mit Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise perfluorierten Alkylgruppen sind hier und im Folgenden Gruppen insbesondere mit einer Kettenlänge n von 1 ≤ n ≤ 100 gemeint, bevorzugt 1 ≤ n ≤ 50, weiter bevorzugt 1 ≤ n ≤ 20, besonders bevorzugt 1 ≤ n ≤ 10. Weiter bevorzugte Kettenlängen sind beispielsweise Kettenlängen im Bereich von 2 ≤ n ≤ 20 und 2 ≤ n ≤ 10 sowie 3 ≤ n ≤ 20 und 3 ≤ n ≤ 10.
Bereits kurze Alkylgruppen, kurze zumindest teilweise fluorierte Alkylgruppen beziehungsweise kurze perfluorierte Alkylgruppen können den gewünschten Effekt der Reduzierung der Adhäsion erzielen. Je kürzer die Alkylgruppen, umso dünner ist die sich ausbildende Schicht und umso weniger werden die gewünschten Eigenschaften des Plättchens beeinflusst. Weiterhin kann die Kettenlänge n der Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierten beziehungsweise perfluorierten Alkylgruppen größer oder gleich 2, insbesondere größer oder gleich 3 sein, sodass die adhäsionsmindernde Wirkung in vollem Umfang zum Tragen kommen kann.
Durch die Nutzung von Kopfgruppen aufweisend fluorierte Alkylgruppen kann die Adhäsion besonders deutlich reduziert werden. Dabei kann die Adhäsion umso stärker reduziert werden, je höher der Grad der Fluorierung der Alkylgruppe ist. Dieser Effekt kommt besonders bei perfluorierten Alkylgruppen der allgemeinen Formel C_nF_2n+1 zum Tragen.
Beispielsweise kann es sich bei der Kopfgruppe um nicht fluoriertes, zumindest teilweise fluoriertes oder perfluoriertes Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an das Silikon gebunden. Es handelt sich also um eine gerichtete Bindung, bei der die chemischen Verbindungen mittels Chemisorption an die Silikonoberfläche gebunden werden, was zu einer besonders stabilen Anbindung führt. Die Reduktion der Adhäsion der Silikonoberfläche beruht somit auf einer kontrollierten Oberflächenbeschichtung des Silikons durch kovalentes Anknüpfen bzw. Aufpfropfen von chemischen Verbindungen, insbesondere Molekülen einer gewissen Kettenlänge, zur Änderung des Oberflächencharakters.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Plättchens ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an chemisch aktive Zentren an der zumindest einen Oberfläche gebunden. Bei den chemisch aktiven Zentren kann es sich dabei um funktionelle Gruppen an der Silikonoberfläche handeln, welche sich aufgrund ihrer chemischen Natur eignen, um mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen kovalente Bindungen einzugehen. Die Ausgestaltungen der chemisch aktiven Zentren auf der Silikonoberfläche kann dabei durch verschiedene Arten der Vorbehandlung des Silikons beeinflusst werden. Denkbar sind je nach Untergrund und Materialkombination beispielsweise verschiedenartige Plasmabehandlungen, beispielsweise unter Niederdruck- oder Atmosphärenbedingungen, unter Einsatz verschiedener Arten von Gasen oder Gasmischungen. Auch nasschemische Vorbehandlungen oder eine Vorbehandlung mittels UV-Strahlung sind denkbar. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das Silikon ohne Vorbehandlung zu nutzen.
Grundsätzlich sind alle funktionellen Gruppen an der Silikonoberfläche als aktive Oberflächenzentren denkbar, die sich mit einer geeigneten Ankergruppe als Partner verknüpfen lassen. Beispielhaft können Radikale oder metastabile Hydroperoxide genannt werden. Bei der Ankergruppe kann es sich weiterhin um ein Elektrophil und bei dem aktiven Oberflächenzentrum auf der Silikonoberfläche um ein Nukleophil handeln und umgekehrt.
Typische aktive Oberflächenzentren auf der Silikonoberfläche können beispielsweise Silikonoberfläche-OH (“Silikonoberfläche-OH“ steht dabei für an die Silikonoberfläche gebundene Hydroxygruppen; dies gilt analog für die weiteren beschriebenen Gruppen), Silikonoberfläche-OOH, aber auch Silikonoberfläche-R^c-COOH, wobei R^c ein Kohlenwasserstoffrest z.B. ein Methylenrest ist, sein. Je nach Art der Vorbehandlung sind auch andere Gruppen denkbar z.B. Silikonoberfläche-NY₂, mit Y = H oder Alykl (z.B. Methyl, Ethyl, etc.), nach einer Vorbehandlung mit einem NH₃-Plasma (oder ähnlichen Plasmen). Insbesondere können durch Vorbehandlung mit NH₃ Plasma Oberflächenzentren der Form Silikonoberfläche-NH₂ gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Plättchens ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen aus einer Gruppe ausgewählt, die folgende Verbindungen umfasst:
wobei

– die Reste X₁ bis X₃ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁, -H, -R₁, wobei höchstens zwei der Reste X₁ bis X₃ -H oder R₁ sein können, wobei R₁ ein Alkyl ist, und
– X₄ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiX₁X₂X₃
– X₅, X₆ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁, -H,
– X₇ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁.

Bei R₁ kann es sich um ein Alkyl oder ein fluoriertes Alkyl handeln. Insbesondere handelt es sich bei R₁ um einen kurzkettigen Alkylrest, z.B. einen Alkylrest der Kettenlänge 1 ≤ n ≤ 7. Besonders bevorzugt sind Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und Pentyl. Beispielsweise ist R₁ Methyl oder Ethyl.
Das Symbol „ “ steht hierbei jeweils für die Anbindungsstelle, an welche die übrige chemische Verbindung, beispielsweise die Kopfgruppe oder eine Mittelgruppe, gebunden sein kann.
Durch die aufgezeigten Ankergruppen ist z.B. eine Anbindung der Ankergruppe an die Silikonoberfläche unter Ausbildung von Säureestern (z.B. Carbonsäureestern, Sulfonsäureestern etc.) aber auch unter Ausbildung von Harnstoffderivaten oder Urethanbindungen möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Ankergruppe um eine Gruppe der folgenden allgemeinen Formel:
wobei

– die Reste X₁ bis X₃ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁, -H, -R₁, wobei höchstens zwei der Reste X₁ bis X₃ -H oder R₁ sein können, wobei R₁ ein Alkyl ist.

Durch die Nutzung eines derartigen Silyl-Ankers lässt sich eine starke Anbindung der chemischen Verbindung an die Silikonoberfläche erreichen. Derartige Ankergruppen bilden insbesondere stabile kovalente Bindungen mit den bereits erwähnten Hydroxygruppen oder Hydroperoxygruppen (Silikonoberfläche-OH, Silikonoberfläche-OOH) als chemisch aktiven Oberflächenzentren aus. Zudem ist es möglich, dass eine kovalente Bindung nicht nur zwischen dem Silyl-Anker und der Silikonoberfläche gebildet wird, sondern es können auch je nach Wahl der Reste X₁ bis X₃ kovalente Bindungen zwischen den Ankergruppen benachbarter chemischer Verbindungen ausgebildet werden, wodurch eine noch stabilere Verankerung erreicht werden kann. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn zwei oder alle drei der Reste X₁ bis X₃ ausgewählt sind aus Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁.
In einer weiteren Ausführungsform sind für die Ankergruppen auch nukleophile Gruppen z.B. Aminogruppen etwa -NH₂ möglich. So ist eine effiziente Anbindung an Oberflächen aufweisend elektrophile aktive Oberflächenzentren möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Plättchens weisen die chemischen Verbindungen zusätzlich zur Ankergruppe und zur Kopfgruppe noch eine Mittelgruppe auf, welche zwischen der Ankergruppe und der Kopfgruppe angeordnet ist. Beispielsweise kann die Mittelgruppe direkt kovalent gebunden sein an die Ankergruppe einerseits und an die Kopfgruppe andererseits. Es ist aber auch möglich, dass sich zwischen der Mittelgruppe und der Ankergruppe beispielsweise ein Sauerstoff- oder ein Schwefelatom oder ein anderes Brückenatom befindet, über welches die Anbindung erfolgt. Das gleiche gilt für die Bindung zwischen der Mittelgruppe und der Kopfgruppe.
Durch die Wahl geeigneter Mittelgruppen können besonders dicht gepackte und geordnete Schichten erreicht werden. Beispielsweise können so besonders kompakte selbstorganisierende Monolagen erzielt werden.
Außerdem haben die Erfinder erkannt, dass es beispielsweise möglich ist, als Kopfgruppe einen stark fluorierten Alkylrest (z.B. also einen Alkylrest bei welchem mehr als 50% der H-Atome durch F-Atome, bevorzugt mehr als 75% der H-Atome durch F-Atome ersetzt sind), insbesondere einen perfluorierten Alkylrest zu verwenden, während es für die Mittelgruppe ausreichend ist, herkömmliche Alkylreste ohne Fluorierung oder nur mit teilweiser Fluorierung zu verwenden. Es ist aber auch möglich, dass auch die Mittelgruppe perfluorierte Alkylreste aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mittelgruppe ausgewählt aus einer Gruppe, die lineare Alkyle, lineare fluorierte Alkyle, Polyethylenglykol, Polyethylendiamin, Siloxane und Silane umfasst. Die Mittelgruppe weist bevorzugt zwischen 1 und 100 Kohlenstoffatome bzw. Siliziumatome im Rückgrat der Mittelgruppe auf, insbesondere zwischen 1 und 50, weiter bevorzugt zwischen 1 und 20, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 und am meisten bevorzugt zwischen 1 und 5 Kohlenstoffatome bzw. Siliziumatome auf. Die Mittelgruppe kann z.B. die allgemeine Formel -(CH₂)_m- oder -(SiH₂)_m- aufweisen (mit m = 1 bis 100, insbesondere m = 1 bis 50, bevorzugt m = 1 bis 20, weiter bevorzugt m = 1 bis 10, am meisten bevorzugt m = 1 bis 5).
Es ist aber ebenfalls möglich, dass es sich bei der Mittelgruppe um eine Siloxan-Gruppe der allgemeinen Formel -(O-SiR^qR^p)_m- handelt, wobei m die gleichen Werte wie soeben beschrieben für alkylbasierte Mittelgruppen annehmen kann und wobei R^q und R^p Wasserstoff oder kurzkettige Alkylreste z.B. Methyl oder Ethyl sein können. Außerdem kann es sich bei R^q und R^p jeweils unabhängig voneinander auch um einen Phenylrest handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die chemischen Verbindungen von dem Silikon zumindest teilweise entfernbar. Somit kann zum Beispiel die Monolage, die durch die chemischen Verbindungen gebildet wird, beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses zumindest teilweise wieder entfernt werden, und damit die ursprüngliche Adhäsion der Silikonoberfläche wieder hergestellt werden. Die Verminderung der Adhäsion der zumindest einen Oberfläche des Plättchens ist somit reversibel, das bedeutet, dass die abschirmende Wirkung und damit die chemische Inertheit an der Oberfläche durch die chemischen Verbindungen, insbesondere die Kopfgruppen, rückgängig gemacht werden kann. Eine rückstandsfreie Entfernung ist dazu in der Regel nicht maßgeblich. Eine Entfernung der abschirmenden Wirkung kann beispielsweise schon durch ein Entfernen der fluorhaltigen Kopfgruppen erzielt werden. Die Wiederherstellung der Adhäsion führt zu einer guten Verklebbarkeit beziehungsweise Haftungsmöglichkeit auf der Oberfläche und kann, wenn das Plättchen an seinem Einsatzort in einem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist, ausgenutzt werden, um eine oder mehrere weitere Komponenten, beispielsweise weiteres Verkapselungsmaterial oder eine Optik (zum Beispiel eine Linse) auf dem Plättchen zu applizieren und gegebenenfalls zu verkleben. Aufgrund der wiederhergestellten Adhäsion haftet ein dazu aufgebrachter Klebstoff beziehungsweise ein Verkapselungsmaterial gut auf der Oberfläche und kann gegebenenfalls auch kovalente Bindungen oder Bindungen über Wasserstoffbrücken mit der Oberfläche eingehen, wenn die chemischen Verbindungen zumindest teilweise entfernt sind.
Das Plättchen kann gemäß einer Ausführungsform weiterhin ein Material enthalten, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Konversionsstoffe, Diffusionspartikel, Füllstoffe und Mischungen daraus enthält. Beispielsweise kann das Plättchen zumindest einen Konversionsstoff enthalten und als Konversionsplättchen ausgebildet sein oder Diffusionspartikel enthalten und als Diffusorschicht ausgebildet sein. Damit kann es als Konversionsplättchen oder als Diffusorschicht in einem optoelektronischen Bauelement, beispielsweise einer LED, verwendet werden. Das Konversionsplättchen oder die Diffusorschicht kann aufgrund der verminderten Klebrigkeit auf zumindest einer Oberfläche besonders gut auf beispielsweise einem aktiven Schichtenstapel aufgebracht werden, ohne dass Abdrücke auf dem Plättchen durch benutzte Werkzeuge zurückbleiben. Weiterhin kann durch die verminderte Adhäsion eine Veränderung der optischen Eigenschaften des Konversionsplättchens beziehungsweise der Diffusorschicht sowie visuelle Veränderungen, beispielsweise durch anhaftende Partikel vermieden werden.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte:

A) Bereitstellen einer Vorrichtung, die ein Substrat und einen aktiven Schichtenstapel auf dem Substrat umfasst,
B) Bereitstellen eines Plättchens gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen, das ein Silikon aufweist,
C) Aufbringen des Plättchens auf den aktiven Schichtenstapel, und
D) Fertigstellen des optoelektronischen Bauelements. Der aktive Schichtenstapel wird dabei während des Verfahrensschritts A) oder in einem auf den Verfahrensschritt A) oder auf den Verfahrensschritt C) folgenden Verfahrensschritt A1) elektrisch kontaktiert.

Mit dem Verfahren wird ein optoelektronisches Bauelement hergestellt, das das oben beschriebene Plättchen enthält. Somit sind sämtliche in Bezug auf das Plättchen genannten Merkmale auch für das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements offenbart und umgekehrt. Bei dem mit dem Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelement kann es sich beispielsweise um eine LED handeln.
Die optischen Eigenschaften des Bauelements werden somit nicht durch die chemischen Verbindungen auf der Oberfläche des Plättchens beeinträchtigt, da keine oder nur wenige Partikel auf der Oberfläche des Plättchens haften, und die Dicke der Schicht der chemischen Verbindungen so geringfügig ist, dass die Transparenz erhalten bleibt. Weiterhin weist die Oberfläche des Plättchens keine oder nur geringfügige Abdrücke auf, da geringe Ansaug- bzw. Anpresskräfte während seiner Prozessierung und Bestückung notwendig sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Schritt B) die Teilschritte B1) Bereitstellen chemischer Verbindungen, umfassend zumindest eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe, und B2) Reaktion der Ankergruppe der chemischen Verbindungen mit Silikon an zumindest einer Oberfläche des Plättchens auf, wobei die Adhäsion an der zumindest einen Oberfläche durch die Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert wird.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht es somit, die Klebrigkeit, also die Partikelanhaftung beziehungsweise den Reibungskoeffizienten des in dem optoelektronischen Bauelement eingesetzten Plättchens zu verringern. Dies erleichtert die Verarbeitung, insbesondere die Bestückung des Plättchens und die Herstellung des optoelektronischen Bauelements. Weiterhin kann das Verfahren zum Bereitstellen des Plättchens mit geringerem technischen Aufwand und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zur Verminderung der Klebrigkeit mit geringeren Kosten ausgeführt werden.
Im Verfahrensschritt B2) wird eine kovalente Bindung zwischen der Ankergruppe und der Silikonoberfläche gebildet. Kovalente Bindungen erlauben eine gerichtete und besonders stabile Anknüpfung der chemischen Verbindungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die zumindest eine Oberfläche vor dem Verfahrensschritt B2) einer Vorbehandlung unterzogen. Mit einer Vorbehandlung ist hierbei eine Oberflächenbehandlung beziehungsweise Oberflächenfunktionalisierung gemeint. Die Art der Vorbehandlung ist dabei auf die Art des Untergrundes, also die Eigenschaften des jeweiligen Silikons anzupassen, sowie auf die Natur der Ankergruppe der chemischen Verbindung. Beispiele für Vorbehandlungen können UV-Strahlung oder eine Behandlung mittels Plasma sein.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass durch eine Vorbehandlung einer Silikonoberfläche die Dichte der chemisch aktiven Oberflächenzentren deutlich erhöht werden kann. Durch UV-Strahlung und/oder Plasmabehandlung können chemische Bindungen an der Oberfläche des Silikons gebrochen werden und hoch reaktive oder metastabile Gruppen wie z.B. Radikale oder Hydroperoxide entstehen. Sie erhöhen die Reaktivität der Silikonoberfläche und können entweder selbst mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen reagieren oder zu funktionellen Gruppen an der Silikonoberfläche (z.B. Hydroxygruppen) weiterreagieren. Auf diese Weise stehen mehr funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Silikons für eine Reaktion mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen zur Verfügung. So kann eine höhere Dichte der chemischen Verbindungen auf der Oberfläche des Plättchens erreicht, eine kompaktere Schicht erzeugt, und die Adhäsion bzw. Klebrigkeit weiter reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Vorbehandlung mit einem Plasma erfolgen. Besonders gut geeignete Plasmen sind dabei beispielsweise Sauerstoff-Plasma, Argon-Plasma und NH₃-Plasma oder Plasma aus Gemischen dieser Gase. Aber auch andere übliche Plasmabehandlungen können Anwendung finden. Für großflächige oder industrielle Anwendungen eignet sich beispielsweise auch die Nutzung von Atmosphärenplasma mit Luft als Prozessgas, sofern keine oxidationsempfindlichen Oberflächen vorliegen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass durch den Einsatz eines Sauerstoffplasmas die Dichte der chemisch aktiven Oberflächenzentren auf der Silikonoberfläche insbesondere von Silikonoberfläche-OH und Silikonoberfläche-OOH aber auch Silikonoberfläche-R^c-COOH (wobei R^c eine Alkylgruppe, z.B. Methylen ist) deutlich gesteigert werden kann. Auf diese Art und Weise lassen sich deutlich mehr chemische Verbindungen an die Silikonoberfläche anbinden, was zu einer stärkeren Adhäsionsminderung führt.
Durch NH₃-Plasmen lassen sich stickstoffhaltige Oberflächenzentren etwa die zuvor bereits genannten Zentren, Silikonoberfläche-NY₂, erzeugen. Derartige Zentren eignen sich z.B. für ein Anbinden von Ankergruppen auf der Basis von Isocyanaten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weiterhin erkannt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne oxidierende Plasmen die Dichte der aktiven chemischen Oberflächenzentren an der Silikonoberfläche erhöht werden kann. Geeignet sind z.B. Plasmen von Wasserstoff oder Gemische von Wasserstoff und Argon. Auch Inertgas-Plasmen können Verwendung finden. Insbesondere Plasmen von Edelgasen wie Argon-Plasma oder Helium-Plasma sind geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Verfahrensschritt B2) mit einem Verfahren, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Rotationsbeschichtung (engl. Spin coating), Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere chemische Gasphasenabscheidung (engl. „chemical vapor deposition“, CVD) umfasst. Denkbar ist zudem die Nutzung plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, „Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition“).
Die Reaktion der Ankergruppe mit der Silikonoberfläche im Rahmen einer Tauch-, Rotations- oder Sprühbeschichtung kann zu einer zuverlässigen Schicht- bzw. Filmbildung und damit Reduzierung der Adhäsion führen. Zugleich sind diese Verfahren für einen Einsatz im großtechnischen Maßstab geeignet. Insbesondere für schwer verdampfbare chemische Verbindungen sind Tauch-, Rotations- und Sprühbeschichtung geeignet.
Die Abscheidung aus der Gasphase eignet sich für die Abscheidung in die Gasphase ohne Zersetzung überführbarer chemischer Verbindungen und ist für den großtechnischen Maßstab besonders geeignet. Sie erlaubt eine rasche und kostengünstige Fertigung des Plättchens.
Insgesamt kann der Verfahrensschritt B), also die Bereitstellung des beschichteten Plättchens vergleichsweise kostengünstig durchführbar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Verfahrensschritt C) das Plättchen derart auf den aktiven Schichtenstapel aufgebracht, dass die Oberfläche, auf der die chemischen Verbindungen vorhanden sind, auf der vom aktiven Schichtenstapel abgewandten Seite des Plättchens angeordnet ist. Somit kann einerseits die Klebrigkeit des Silikons der nichtbeschichteten Oberfläche zur Haftung des Plättchens auf dem aktiven Schichtenstapel ausgenutzt werden, andererseits entfaltet die Oberfläche, auf der die chemischen Verbindungen vorhanden sind, auf der vom aktiven Schichtenstapel abgewandten Seite des Plättchens die bereits genannten Vorteile. Insbesondere wird das Bestücken des aktiven Schichtenstapels mit dem Plättchen erleichtert, da die Adhäsion auf der Oberfläche des Plättchens vermindert ist und somit ein Kleben des Plättchens am Bestückungswerkzeug verhindert wird. Weiterhin können Ansaug- beziehungsweise Anpresskräfte verringert werden und somit Abdrücke in dem Plättchen verhindert werden. Dadurch werden die optischen Eigenschaften des Plättchens bzw. des späteren Bauelements nicht beeinträchtigt und es treten keine visuellen Veränderungen an dem Plättchen auf. Werkzeugseitig kann auch auf spezielle Oberflächen, wie beispielsweise eine Teflonbeschichtung oder eine Aufrauung, verzichtet werden, da die Anhaftung am Werkzeug bereits durch die chemischen Verbindungen auf der Oberfläche des Plättchens verringert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Verfahrensschritt D) ein Abdichten des aktiven Schichtenstapels und des Plättchens. Dabei kann beispielsweise der aktive Schichtenstapel und das darauf angeordnete Plättchen mit einem Vergussmaterial umspritzt werden, insbesondere durch „foil assisted molding“. Durch die verminderte Klebrigkeit der Oberfläche des Silikonplättchens kann der Spritzgrat verringert werden, beziehungsweise kann ein entstandener Spritzrgrat leichter entfernt werden.
Durch die verminderte Klebrigkeit beziehungsweise Adhäsion der vom Schichtenstapel abgewandten Oberfläche des Plättchens wird weiterhin verhindert, dass ein im Verfahrensschritt D) aufgebrachtes Abdichtungsmaterial, beispielsweise ein Verguss, auf dieser Oberfläche angeordnet wird. Vielmehr kann ein Überlaufen und sich Ansammeln von Vergussmaterial auf der Oberfläche verhindert werden. Somit bleiben die optischen Eigenschaften des Plättchens auch nach der Abdichtung erhalten. Ein möglicherweise dennoch entstehender Grat (Flash) kann durch geringere Haftung am Plättchen leichter von der Oberfläche des Plättchens entfernt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Verfahrensschritt D) die Teilschritte D1) zumindest teilweises Entfernen der chemischen Verbindungen und D2) Aufbringen zumindest einer weiteren Komponente des optoelektronischen Bauelements auf dem Plättchen umfassen. Bei der Komponente kann es sich beispielsweise um eine Verkapselung und/oder eine Optik, insbesondere eine Linse handeln. Die Teilschritte D1) und D2) können zusätzlich zu dem Abdichten der aktiven Schichtenfolge und des Plättchens erfolgen, insbesondere nach einem Abdichten der aktiven Schichtenfolge und des Plättchens. Alternativ können die Teilschritte D1) und D2) auch ohne ein Abdichten der aktiven Schichtenfolge und des Plättchens erfolgen.
Es können also die chemischen Verbindungen von der von dem Schichtenstapel abgwandten Oberfläche des Plättchens zumindest teilweise entfernt werden und somit die ursprüngliche Klebrigkeit des Silikons zumindest teilweise wieder hergestellt werden. Es handelt sich bei den chemischen Verbindungen an der Oberfläche des Silikons somit um eine reversible Beschichtung des Silikons. Nach dem zumindest teilweisen Entfernen der chemischen Verbindungen und ihrer abschirmenden Wirkung kann die wiederhergestellte Adhäsion und damit Benetzbarkeit beziehungsweise Haftungsmöglichkeit auf der Oberfläche dazu ausgenutzt werden, eine weitere Komponente wie eine Verkapselung und/oder eine Optik, wie beispielsweise eine Linse, auf dem Plättchen anzuordnen und – im Falle einer weiteren Komponente – mit Klebstoff zu fixieren. Durch die wiederhergestellte Haftungsmöglichkeit beziehungsweise Benetzbarkeit wird dabei eine gute Haftung ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Verfahrensschritt D1) mittels eines Plasmaprozesses erfolgen. Das Plasma kann ausgewählt sein aus einem Argon-Plasma, Wasserstoff-Plasma, Sauerstoffplasma oder Mischungen daraus. Je nach Beschaffenheit der zu entfernenden chemischen Verbindungen beziehungsweise deren Kopfgruppen können auch andere Gase ausgewählt werden, um negative Einflüsse auf das darunter befindliche Silikon oder die Vorrichtung zu vermeiden. Insbesondere kann der Verfahrensschritt D1) mit einem Argon-Plasmaprozess erfogen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Entfernen der chemischen Verbindungen im Verfahrensschritt D1) auch mittels UV-Strahlung und/oder nasschemisch erfolgen.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Substrat, einen aktiven Schichtenstapel auf dem Substrat, elektrische Kontaktierungen und ein Plättchen gemäß den oben genannten Ausführungen auf dem aktiven Schichtenstapel aufweist. Ein solches Bauelement kann beispielsweise mit einem Verfahren gemäß den oben genannten Ausführungsformen hergestellt werden. Sämtliche in Verbindung mit dem Plättchen und mit dem Verfahren genannten Merkmale gelten somit auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
Das Plättchen ist dabei derart auf dem aktiven Schichtenstapel angeordnet, dass die Oberfläche, auf der chemische Verbindungen vorhanden sind und somit die Adhäsion verringert ist, auf der von dem aktiven Schichtenstapel abgewandten Seite des Plättchens angeordnet ist.
Das optoelektronische Bauelement kann weiterhin einen Verguss aufweisen, der den aktiven Schichtenstapel und das Plättchen seitlich umgibt. Aufgrund der verringerten Klebrigkeit beziehungsweise Benetzbarkeit auf der von dem aktiven Schichtenstapel abgewandten Oberfläche des Plättchens ist auf der Oberfläche des Plättchens kein oder nur eine geringe Menge Vergussmaterial vorhanden. Dieses kann gegebenenfalls weiterhin leicht wieder entfernt werden, da die Anhaftung an der Oberfläche des Plättchens gering ist. Dadurch werden die optischen Eigenschaften wie Helligkeit und Abstrahlcharakteristik des Bauelements nicht beeinträchtigt.
Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich beispielsweise um eine lichtemittierende Diode (LED) handeln. Das Plättchen kann in dem optoelektronischen Bauelement als Konversionsplättchen eingesetzt sein. Dazu kann es neben dem Silikon einen oder mehrere Konversionsstoffe umfassen.
Das optoelektronische Bauelement kann weiterhin für den Einsatz in einem übergeordneten Bauelement geeignet sein. Beispielsweise kann die Oberfläche des Plättchens, auf der die chemischen Verbindungen vorhanden sind, mittels eines Plasmaprozesses derart behandelt werden, dass die chemischen Verbindungen weitgehend entfernt werden. Durch die so erhaltene wiederhergestellte Klebrigkeit beziehungsweise Verklebbarkeit der Oberfläche des Plättchens kann eine zusätzliche Komponente, beispielsweise eine Verkapselung oder eine Optik wie beispielsweise eine Linse, auf dem Plättchen angeordnet werden. Die Haftung erfolgt dann zumindest teilweise über die klebrige Oberfläche des Plättchens beziehungsweise über einen Klebstoff, der gut an der Oberfläche des Plättchens haften kann.
Im Folgenden werden ein hier beschriebenes Plättchen, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Plättchens,
2 zeigt den Aufbau einer monomolekularen Schicht auf einem Plättchen gemäß eines Ausführungsbeispiels,
die 3a bis 3d zeigen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements,
4a zeigt die schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Plättchens und einer Bestückungsvorrichtung,
4b und 4c zeigen Abbildungen einer Draufsicht eines Referenzplättchens nach dem Bestückungsvorgang,
die 5a bis 5c zeigen Abbildungen von unterschiedlich behandelten Silikonoberflächen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind 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 groß dargestellt sein.
1 zeigt die schematische Seitenansicht eines Plättchens gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das Plättchen 1 hat auf einer seiner Oberflächen eine Schicht 30. Das Plättchen 1 umfasst ein Silikon und kann, wenn es beispielsweise als Konversionsschicht in einem Bauelement eingesetzt werden soll, weiterhin einen Konversionsstoff oder mehrere Konversionsstoffe sowie andere Füllstoffe enthalten. Die Schicht 30 enthält chemische Verbindungen, welche kovalent an die Oberfläche des Silikons gebunden sind. Die chemischen Verbindungen umfassen jeweils eine Ankergruppe 3, eine Kopfgruppe 4 und gegebenenfalls eine Mittelgruppe 5. Die chemischen Verbindungen sind mit der Ankergruppe 3 an das Silikon des Plättchens 1 gebunden und bilden eine monomolekulare Schicht 30 aus. Diese kann demnach eine Dicke von beispielsweise 10 nm aufweisen.
Die chemischen Verbindungen vermindern die Adhäsion auf der Oberfläche des Plättchens 1 durch die Kopfgruppen 4. Dadurch ist eine Verschmutzung des Plättchens 1 durch Anhaftung von Partikeln auf der Oberfläche des Plättchens 1 deutlich reduziert. Weiterhin erleichtert die verminderte Adhäsion das Handling des Plättchens 1 während der Prozessierung. Insbesondere, wenn das Plättchen 1 in Kontakt mit Werkzeug kommt, wie beispielsweise einem Rüttelförderer, einem Sorter, einem Taper oder während des Bestückungsprozesses, wird ein Anhaften des Plättchens 1 an dem jeweiligen Werkzeug vermieden und zusätzlich kann die Ansaug- und Anpresskraft während der Bestückung so verringert werden, dass Abdrücke auf dem Plättchen 1 verhindert oder stark vermindert sind.
Wird das Plättchen 1 in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt und an oder auf dem Plättchen 1 beispielsweise durch Umspritzen abgedichtet, kann auf der Oberfläche die Ansammlung von unerwünschten Rückständen beziehungsweise Grate (Flash) verhindert werden und somit die optischen Eigenschaften wie Helligkeit und Abstrahlcharakteristik des Bauelements erhalten werden. Dazu ist das Plättchen so angeordnet, dass die die chemischen Verbindungen aufweisende Oberfläche von dem aktiven Schichtenstapel des Bauelements abgewandt ist. Etwaige auf der Oberfläche des Plättchens 1 vorhandene Rückstände von beispielsweise Vergussmaterial können sehr leicht entfernt werden aufgrund der geringen Haftung an der Oberfläche.
Die Reduktion der Silikonklebrigkeit der Oberfläche des Plättchens 1 erfolgt beispielsweise durch die Anbindung von Fluorkohlenwasserstoffketten mit Hilfe einer Silylankerfunktion. Die Anbindung kann beispielsweise nasschemisch im Tauchverfahren als verdünnte Lösung erfolgen. In Tests zur Prüfung der Klebrigkeit, insbesondere der Partikelanhaftung kann eine signifikante Reduktion der Partikelanzahl im Vergleich zur unbehandelten Silikonoberfläche nachgewiesen werden. Dies kann durch die Ausbildung einer die klebrige Silikonoberfläche abschirmenden SAM erklärt werden.
Die Schicht 30 ist zudem von dem Plättchen 1 zumindest teilweise oder vollständig entfernbar, sodass die ursprüngliche Adhäsion beziehungsweise Benetzbarkeit beziehungsweise Verklebbarkeit des Silikons in dem Plättchen 1 wieder hergestellt werden kann. Dies ist vorteilhaft, wenn das Plättchen 1 in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt wird und nach der Prozessierung und gegebenenfalls nach dem Abdichten noch eine weitere Komponente wie beispielsweise Verkapselung oder eine Optik auf dem Plättchen 1 aufgebracht werden soll. Dann kann nach Entfernen der Schicht 30 die Klebrigkeit des Silikons zur Haftung der Verkapselung beziehungsweise eines Klebstoffs für die Haftung der Optik verwendet werden. Die Entfernung der Schicht 30 kann beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses erfolgen.
2 zeigt den chemischen Aufbau einer solchen Schicht 30 anhand eines Ausführungsbeispiels. Links im Bild ist eine Hydroxylgruppe gezeigt, als Beispiel für ein chemisch aktives Oberflächenzentrum auf der Silikonoberfläche (hier als Strich angedeutet) des Plättchens 1. Weiterhin links ist ein Beispiel für eine chemische Verbindung zur Anbindung an die Silikonoberfläche gezeigt. Letztere weist eine Silyl-Ankergruppe 3, eine CH₂CH₂-Gruppe als Mittelgruppe 5, und eine (CF₂)₇CF₃-Gruppe als Kopfgruppe 4 auf. Das aktive Oberflächenzentrum, das in diesem Beispiel eine Hydroxygruppe ist, kann in einer Vorbehandlung des Plättchens beispielsweise durch UV-Strahlung oder eine Plasmabehandlung auf der Oberfläche des Plättchens hergestellt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung bzw. Bereitstellung eines Plättchens 1, auf dessen Oberfläche chemische Verbindungen vorhanden sind, reagiert die Silyl-Ankergruppe mit der Hydroxygruppe auf der Silikonoberfläche. Zudem ist es auch möglich, dass je nach Ankergruppe 3 auch Bindungen mit benachbarten Ankergruppen 3 ausgebildet werden. Dies zeigt exemplarisch die Darstellung auf der rechten Seite im Bild. Die Ankergruppe 3 der chemischen Verbindung ist mittels einer kovalenten Bindung 2 an das Silikon über den Sauerstoff gebunden. Die Kopfgruppen 4 können entweder direkt an die Ankergruppen 3 gebunden sein, es ist aber auch möglich, dass eine Mittelgruppe 5 zwischen der Ankergruppe 3 und der Kopfgruppe 4 angeordnet ist, wie beispielhaft in 2 gezeigt. Die chemischen Verbindungen können zusammen eine Schicht 30 ausbilden, die auch als Film bezeichnet werden kann.
Aufgrund der gerichteten Anbindung über kovalente Bindungen an die Silikonoberfläche mittels Chemisorption erfolgt keine Mehrschichtbildung, also keine Multilagen, sondern es wird maximal eine Einfachbedeckung, also eine Monolage, erreicht. Für eine signifikante Reduktion der Klebrigkeit ist es allerdings nicht erforderlich, dass eine vollständige monomolekulare Bedeckung der Silikonoberfläche mit den chemischen Verbindungen erreicht wird, sondern auch ein geringerer Bedeckungsgrad kann bereits zu dem gewünschten Effekt der verringerten Adhäsion führen. Die in 2 gezeigten Anker-, Mittel- und Kopfgruppen 3, 4 und 5 sind lediglich ein Ausführungsbeispiel. In diesem Fall beträgt die Dicke L der Schicht 30 ungefähr 1 nm.
Bei der Herstellung der Schicht 30 auf der Silikonoberfläche reagiert die Ankergruppe 3 der chemischen Verbindungen mit dem Silikon zumindest in Bereichen der Oberfläche des Plättchens 1. Beispielsweise können Fluorkohlenwasserstoffketten mit Hilfe einer Silyl-Ankerfunktion an die Silikonoberfläche angebunden werden. Die Fluorkohlenwasserstoffketten können beispielsweise in einem nasschemischen Tauchverfahren als verdünnte Lösung aufgebracht werden. Ebenfalls denkbar ist die Aufbringung mittels eines Verfahrens aus der Gasphase wie CVD oder PECVD. Eine chemische Verbindung, die mittels CVD aufgebracht werden kann, ist beispielsweise 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodekyltrichlorosilan. Mit einer Tauchbeschichtung kann beispielsweise 1-Metoxy-2-Propanol aufgebracht werden und als hydrolisiertes Silan auf der Silikonoberfläche angebunden sein.
In einem Test zur Prüfung der Partikelanhaftung kann nach einer solchen Beschichtung eine signifikante Reduktion der Partikelanzahl im Vergleich zu einer unbehandelten Referenzprobe nachgewiesen werden. Erklärt werden kann dies durch die Ausbildung einer, die klebrige Silikonoberfläche abschirmenden SAM.
Die 3a bis 3d zeigen schematische Seitenansichten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anhand eines Ausführungsbeispiels. Bei dem in den 3a bis 3d gezeigten Bauelement handelt es sich beispielhaft um eine LED.
3a zeigt den Verfahrensschritt A), in dem eine Vorrichtung bereitgestellt wird, welche ein Substrat 10, einen aktiven Schichtenstapel 40 auf dem Substrat 10 und elektrische Kontaktierungen, hier gezeigt als Metallisierungen 20 und 22 sowie Bonddraht 21, umfasst.
Der Verfahrensschritt B) wurde bereits im Zusammenhang mit 2 erläutert, nämlich das Bereitstellen eines Plättchens 1, das ein Silikon aufweist und eine Schicht 30 auf einer Oberfläche. Selbstverständlich können auch Plättchen 1, die zusätzlich einen Konversionsstoff enthalten, eingesetzt werden. Weiterhin sind als chemische Verbindungen sämtliche Kombinationen der oben beschriebenen Anker-3, Mittel-5 und Kopfgruppen 4 möglich.
3b zeigt den Verfahrensschritt C), in dem das Plättchen 1 auf dem aktiven Schichtenstapel 40 aufgebracht wird. Die Fixierung des Plättchens 1 auf dem aktiven Schichtenstapel 40 kann beispielsweise mit einem Klebstoff, inbesondere einem Silikon erfolgen. Dabei ist zu beachten, dass die Schicht 30 auf der von dem Schichtenstapel 40 abgewandten Seite des Plättchens 1 angeordnet wird. Der Übersichtlichkeit halber sind die übrigen Bezugszeichen in 3b nicht mehr gezeigt. Diesbezüglich wird auf 3a verwiesen.
Die 3c und 3d zeigen den Verfahrensschritt D), in dem das optoelektronische Bauelement fertiggestellt wird. Gemäß 3c wird das Plättchen 1 mit der Schicht 30 und der aktive Schichtenstapel 40 abgedichtet. Hierzu wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3c ein Verguss 50 um das Plättchen 1 und den aktiven Schichtenstapel herum aufgebracht, beispielsweise durch Spritzgießen oder Vergießen. Dadurch, dass die Schicht 30 eine geringe Adhäsion beziehungsweise Benetzbarkeit aufweist, wird ein Auflaufen des Vergusses 50 auf das Plättchen 1 vermieden oder verhindert. Dadurch wird der Spritzgrat verringert. Sollte trotzdem ein Überschuss an Vergussmaterial 50 auf der Schicht 30 entstehen, kann dieser leicht wieder entfernt werden, da nur eine geringe Haftung auf dem Plättchen 1 beziehungsweise dessen Schicht 30 vorliegt.
Alternativ zu dem Verfahrensschritt in 3c oder auch zusätzlich dazu kann die Schicht 30 durch beispielsweise einen Plasmaprozess zumindest teilweise wieder entfernt werden. Gemäß 3d ist dieser Schritt beispielhaft nach einem Abdichten mit einem Verguss 50 gezeigt. Die Fläche des Plättchens 1, die von dem Schichtenstapel 40 abgewandt ist, ist somit nicht mehr von der Schicht 30 bedeckt, sondern weist nunmehr eine Oberfläche 30a auf, die die ursprüngliche Klebrigkeit beziehungsweise Verklebbarkeit des Silikons aufweist. Auf diese klebrige Oberfläche 30a kann nun nach Bedarf zumindest eine weitere Komponente, wie eine Verkapselung und/oder eine Optik wie beispielsweise eine Linse aufgebracht werden und unter Ausnutzung Haftungsmöglichkeit der Oberfläche 30a auch beispielsweise mittels eines Klebstoffs befestigt werden. Hier wird die Reversibilität der Beschichtung 30 auf dem Plättchen 1 ausgenutzt.
4a zeigt in schematischer Seitenansicht ein Bestückungswerkzeug 60 über einem Plättchen 1 mit der Schicht 30. Mit dem Werkzeug 60 wird das Plättchen 1 angesaugt, zu dem gewünschten Ort transportiert und dort aufgepresst. Dadurch, dass die Schicht 30 die Adhäsion auf dem Plättchen 1 verringert, können verringerte Ansaug- und Anpresskräfte verwendet werden, wodurch das Plättchen 1 weitgehend oder vollständig unbeschadet an dem Zielort eingesetzt werden kann. Bei dem Einsatz in einem optoelektronischen Bauelement wie beispielsweise einer LED ist das insbesondere wichtig zur Erhaltung der Helligkeit und Abstrahlcharakteristik des Bauelements.
Die 4b und 4c zeigen Abbildungen einer Draufsicht auf ein Referenzplättchen, welches keine erfindungsgemäße Beschichtung 30 aufweist und mit einem Bestückungswerkzeug 60 verarbeitet wurde. Das Bestückungswerkzeug 60 wies eine Aufrauung bzw. eine spezielle Form zur Verringerung der Silikonplättchenanhaftung auf. Aufgrund der hohen Klebrigkeit auf dem Silikonplättchen sind deutlich Abdrücke des Werkzeugs 60 auf dem Silikonplättchen sichtbar, hervorgerufen durch hohe Ansaug- und Anpresskräfte.
Die 5a bis 5c zeigen Aufnahmen von Draufsichten von Silikonoberflächen, die unbehandelt sind oder erfindungsgemäß behandelt sind.
5a zeigt eine Referenzoberfläche, welche unbehandelt ist und dementsprechend eine hohe Klebrigkeit aufweist. Hier sind deutlich viele Partikel erkennbar, welche auf der Referenzoberfläche anhaften.
5b zeigt eine Silikonoberfläche, welche eine Schicht 30, die die chemischen Verbindungen enthält, aufweist. Hier ist die Anzahl der Partikel auf der Oberfläche im Vergleich zu 5a deutlich reduziert. In 5c, eine Vergrößerung der 5b, ist zudem zu sehen, dass keine Änderung des visuellen Eindrucks auf der Silikonoberfläche durch die Beschichtung mit der Schicht 30 entstanden sind, was den Einsatz des Plättchens 1 in einem optoelektronischen Bauelement gut ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Plättchen
2: kovalente Bindung
3: Ankergruppe
4: Kopfgruppe
5: Mittelgruppe
10: Substrat
20: Metallisierung
21: Bonddraht
22: Metallisierung
30: Schicht
30a: Oberfläche
40: aktiver Schichtenstapel
50: Verguss
60: Bestückungswerkzeug
L: Dicke

Claims

Plättchen (1) für ein optoelektronisches Bauelement, das ein Silikon aufweist, wobei – auf zumindest einer Oberfläche des Plättchens (1) chemische Verbindungen umfassend jeweils eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4) vorhanden sind, und die chemischen Verbindungen mit der Ankergruppe (3) an das Silikon gebunden sind, und – wobei die Adhäsion auf der zumindest einen Oberfläche durch die Kopfgruppen (4) der chemischen Verbindungen vermindert ist.
Plättchen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mit der Ankergruppe (3) an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine monomolekulare Schicht (30) ausbilden.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mit der Ankergruppe (3) an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine selbst organisierende Monolage (30) ausbilden.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopfgruppe (4) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die lineare Alkylgruppen, verzweigte Alkylgruppen, zumindest teiweise fluorierte lineare Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte verzweigte Alkylgruppen, perfluorierte lineare Alkylgruppen und perfluorierte verzweigte Alkylgruppen umfasst.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an das Silikon gebunden ist.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen aus einer Gruppe ausgewählt ist, die folgende Verbindungen umfasst:
wobei – die Reste X₁ bis X₃ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁, -H, -R₁, wobei höchstens zwei der Reste X₁ bis X₃ -H oder R₁ sein können, wobei R₁ ein Alkyl ist, und – X₄ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiX₁X₂X₃ – X₅, X₆ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁, -H, – X₇ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -OR₁.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemischen Verbindungen zusätzlich eine Mittelgruppe (5) umfassen, welche zwischen der Ankergruppe (3) und der Kopfgruppe (4) angeordnet ist.
Plättchen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mittelgruppe (5) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die lineare Alkyle, lineare fluorierte Alkyle, Polyethylenglykol, Polyethylendiamin, Siloxane und Silane umfasst.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemischen Verbindungen von dem Silikon zumindest teilweise entfernbar sind.
Plättchen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin ein Material enthält, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Konversionsstoffe, Diffusionspartikel, Füllstoffe und Mischungen daraus enthält.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den Schritten: A) Bereitstellen einer Vorrichtung, die ein Substrat (10) und einen aktiven Schichtenstapel (40) auf dem Substrat (10) umfasst, B) Bereitstellen eines Plättchens (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ein Silikon aufweist, C) Aufbringen des Plättchens (1) auf den aktiven Schichtenstapel (40), wobei der aktive Schichtenstapel (40) während des Verfahrensschritts A) oder in einem auf den Verfahrensschritt A) oder auf den Verfahrensschritt C) folgenden Verfahrensschritt A1) elektrisch kontaktiert wird, D) Fertigstellen des optoelektronischen Bauelements.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schritt B) die Teilschritte B1) Bereitstellen chemischer Verbindungen, umfassend zumindest eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4), und B2) Reaktion der Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen mit Silikon an zumindest einer Oberfläche des Plättchens (1), wobei die Adhäsion an der zumindest einen Oberfläche durch die Kopfgruppen (4) der chemischen Verbindungen vermindert wird.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest eine Oberfläche vor dem Verfahrensschritt B2) einer Vorbehandlung unterzogen wird.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorbehandlung mit einem Plasma erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Verfahrensschritt B2) mit einem Verfahren erfolgt, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Rotationsbeschichtung, Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere chemische Gasphasenabscheidung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Verfahrensschritt D) ein Abdichten des aktiven Schichtenstapels (40) und des Plättchens (1) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Verfahrensschritt D) die Teilschritte D1) zumindest teilweises Entfernen der chemischen Verbindungen und D2) Aufbringen zumindest einer weiteren Komponente des optoelektronischen Bauelements auf dem Plättchen (1) umfasst.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verfahrensschritt D1) mittels eines Plasmaprozesses erfolgt.
Optoelektronisches Bauelement, aufweisend ein Substrat (10), einen aktiven Schichtenstapel (40) auf dem Substrat (10), elektrische Kontaktierungen (20, 21, 22) und ein Plättchen (1) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 auf dem aktiven Schichtenstapel (40).
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin aufweisend einen Verguss (50), der den aktiven Schichtenstapel (40) und das Plättchen (1) seitlich umgibt.