KR20080030056A - 접착제를 포함하는 광전자 구성요소 - Google Patents

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Abstract

SiO2 층들은 광전자 구성요소의 경우에 접착층으로 사용된다. 내구성 접착은 실리콘 고무에 의해 얻을 수 있다. 이런 재료들은 통상적으로 LED 모듈과 같은 광전자 구성요소용으로 주로 사용되는 재료들 상에 불충분한 접착력만을 가진다. 따라서 이것이 제조된 구성요소의 작동 수명의 현저한 감소를 일으킨다. 이런 제한들은 접착층(600, 601)의 사용에 의해 효과적으로 피하며, 습한 환경에서의 작동과 온도 변화 부하에 대한 내구성은 실질적으로 향상된다.
광전자 구성요소

Description

접착제를 포함하는 광전자 구성요소{Optoelectronic components with adhesion agent}
본 발명은 접착제를 포함하는 광전자 구성요소에 관한 것이다.
COB 기술(COB = chip on board)에서 LED 모듈은 에폭시 수지를 기초로 한 수지로 대부분 밀봉된다. 이런 모듈은 예를 들어, EP 1347517 및 EP 1352431에 의해 공지되어 있다. 비록 실리콘의 용도는 특허 청구항(예를 들어, EP 1347517)에 언급되어 있지만 이런 모듈은 아직 실제로 사용되지 않는다. 이러한 주요 이유는 상기 실리콘 재료들의 접착력이 충분하지 못하기 때문이다.
또한 렌즈 상에 접착된 공지의 모듈이 있다; 또한 에폭사이드를 기초로 한 접착 시스템으로서 사용되는 것이 바람직하다. 이런 재료들은 보통 매우 우수한 접착력을 증가시킨다. 그러나, 에폭사이드의 중요한 단점은 블루 LED로 사용시 제한된 내구성이다. ca. 460nm의 파장의 방출광은 이런 수지들의 빠른 황변(yellowing)을 유도하여, LED 모듈의 휘도의 저하를 유도한다. 습한 환경에서 작동시에 에폭사이드에 의해 단지 불충분한 습기 보호가 구성요소에 제공되며, 온도 변화 하중의 경우에 내구성은 만족스럽지 못하다.
상기한 구성 이외에 여러 다른 구성이 LED 모듈 및 발광체에 대해 알려져 있 다. 이런 형태들의 일부에서 실리콘들은 주조 재료 또는 충전제 재료로 다시 언급된다. 예를 들어, 특허 US 6504301, US 6590235, US 6204523 및 DE 10261908이 주목받고 있다. 그러나, 이런 문헌들의 어떤 것에서도, 사용된 재료들 상에서 실리콘들의 접착력은 논의되지 않는다. 개시된 구성들의 일부에서 구조의 기계적 안정성은 추가 구조적 수단에 의해 확보된다(예를 들어, US 6504301).
그러나, 다른 구성에서, 실리콘 겔이 사용되나, 이들의 특성 때문에 반도체 및 이의 배선을 위한 기계적 보호를 제공하지 못한다. 따라서 겔은 항상 다른 구조적 수단과 함께 사용된다.
포토다이오드, 예를 들어, 공기 조화 컨트롤러의 광 센서용 주조 수지로서 에폭사이드의 용도에서, 수지의 불충분한 내광성(light-fastness)은 작동 수명을 제한하는 인자이다.
따라서 본 발명의 목적은 광학 구성요소, 특히 LED의 영역에서 향상된 조립 결합을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항의 특징에 의해 본 발명에 따라 성취된다. 종속항은 특히 바람직한 본 발명의 개념을 더욱 발전시킨다.
요약하면, 본 발명의 배경은 다음과 같이 이해되어야 한다: 박막 SiO2 층들의 증착 방법이 공지되어 있다. 이런 층들의 플라스마 증착은 예를 들어, DE 1998 07 086에 개시된다. 마찬가지로 접착시키기 위해 태워진 SiO2 층을 사용하는 기술이 공지되어 있다. 이런 구성은 DE 199 05 697 A1에 개시된다.
본 발명에 따라 이런 접착층은 광전자 구성요소의 경우에 처음으로 사용된다. 이후에 내구성 접착은 실리콘 고무로 이루어질 수 있다. 이런 재료들은 보통 광전자 구성요소, 예를 들어, LED 모듈용으로 자주 사용되는 것과 같이 재료들에 대해 불충분한 접착력을 가진다. 그런 후에 이것이 제조된 구성요소의 작동 수명의 현저한 감소를 초래한다. 접착층의 사용을 통해 이런 제약들을 효과적으로 피하며, 습한 상태에서의 작동 및 온도 변화에 대한 내구성이 실질적으로 향상된다..
따라서 본 발명은, 이런 LED 칩들이 발광체로 더욱 가공되는 경우에, LED 칩 자체에서 SiO2에 관한 것이 아니고, 칩을 제외한, 즉, 칩의 조립시 접착제로서의 SiO2 관한 것이다.
본 발명은 예시적 실시예와 첨부된 도면에 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 덮개 수지를 가진 모듈을 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 모듈의 상세한 단면도이다.
도 3은 설치된 렌즈를 가진 모듈의 일치하는 상세내용이다.
도 4는 다른 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모듈을 도시한다.
도 6a, 6b는 본 발명에 따른 다른 모듈의 단면도를 도시한다.
도 1에는 덮개 수지를 구비한 상기 LED 모듈을 위에서 본 것이 도시되어 있다. 바람직한 구성에서 상기 덮개는 LED 입방체의 중앙 위에 반구형으로 형성된다. 상기 LED 입방체(200)는 캐리어 재료(100)(예를 들어, FR4를 기초로 한 회로 보드) 상에 접착되거나 납땜 된다. 상기 덮개 수지(300)는 액체 형태로 도포되고 경화된다. 접촉을 위해서 주로 납땜 가능한 단자 패드(400)를 사용한다.
도 2에서 단면도로, 도 1에 따른 모듈의 상세 내용이 기술된다. 캐리어 재료(100), 입방체(200) 및 덮개 수지(300)는 도 1에 도시된다. 이 확대도에서 결합된 배선(410)이 도시되어 있고 이에 의해 COB 기술(Chip-on-board)로 장착되는 입방체(200)가 캐리어(회로 보드)(100)와 전기적으로 접촉된다.
도 3에서, 설치된 렌즈(500)를 구비한 모듈의 일치하는 상세내용이 도시된다. 따라서 접착은 렌즈(500)와 입방체 사이의 공간을 채우는 반응 수지(310)에 의해 일어난다.
종래 기술에 따라, 백색광 방출을 제공하기 위해서, LED에 의해 복사된 빛의 일부를 다른 파장 범위로 변화하는 소위 인광 발광 재료(예를 들어, EP1347517에 개시됨)는 덮개 수지에 함유될 수 있어서 혼합물은 실질적으로 백색광을 발생시킨다. 렌즈들 상에 고정된 경우에 이 발광 재료는 사용된 상기 첨가제들에 부가적 또는 선택적으로 사용될 수 있다.
이런 구조는 도 4에 개략적으로 도시된다. 렌즈에서 접착제(310)로 충전된 소정의 공동이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 발광 재료(311)는 이 접착제(310)에서 분산된다.
SiO2 접착층들은 사용된 재료에 대한 실리콘의 접착을 향상시키기 위해 사용된다. 일반적으로 층 증착을 위한 모든 공지된 방법이 사용될 수 있다.
상기 접착층들은 바람직하게는 약간의 nm(10-9m)의 두께를 가진다.
상응하는 공정 제어에 의해 이런 층들은 플라스틱(코팅제 및 캐리어의 솔더 레지스트) 상에, 금속(전기 배선, 캐리어 또는 캐리어의 일부)상에, LED 입방체 상에, 및 설치된 렌즈(폴리아크릴레이트, PMMA 또는 COC와 같은 플라스틱 및 유리)에 증착될 수 있다. 코팅 방법은 증착된 SiO2 층의 우수하고 장기간 안정한 접착이 모든 상기한 재료들 상에서 얻어질 수 있도록 수행될 수 있다. 그러나, 유효한 중합 후에 상기 접착층 상에 도포된 실리콘 재료들은 매우 우수한 접착력 값을 갖는 것이 중요하다.
다음으로, 예를 들어, 본 발명에 따른 실시예들의 측정값들을 나타낼 것이다. 도 5에 이런 모듈의 도면이 도시된다. LED 입방체(200)는 캐리어(100) 상에 도포된다. 배선(410)과 전기 접촉된 후에 접착층(600)(매우 크게 도시됨)은 완전한 표면상에 증착된다. 상기 접착층은 예를 들어 SiO2 층일 수 있다. 이 접착층은 LED 입방체(200)의 휘도의 확인 측정은 증착 공정에 의한 열 하중 및 층 자체도 방출광의 감소를 유도하지 않는다는 것을 나타낸다.
상기 입방체(200) 상에, 예를 들어, 실리콘계 반응 수지(310)가 도포되어, 접촉 제공층은 실리콘 재료와 입방체(200) 또는 캐리어(100) 사이에 놓인다.
LED 입방체(200) 위에 렌즈(500)가 접착된다. 반응 수지(310)(예를 들어 실리콘 기초)에 의해 접착되기 전에 입방체(200)를 향하는 렌즈(500)의 아래쪽에, 접착층(601), 예를 들어, SiO2 층(크기 확대됨)이 증착된다.
따라서 접착 제공층은 덮개(렌즈)(500)와 반응 수지 및/또는 반응 수지 및 입방체(200) 및 캐리어 사이에 제공될 수 있다. 상기 접착 제공층은 완전한 접촉면 위로 제공되는 것이 바람직하나 강제적인 것은 아니다.
캐리어(100)의 기하학적 형태와 재료는 상기 형태에 한정되지 않는다. 상기 캐리어는 FR4, 금속 또는 세라믹의 회로 보드일 수 있다.
마찬가지로, 상기 캐리어는 플라스틱 재료(열가소성 또는 듀로플라스트(Duroplast))일 수 있다. 플라스틱으로 둥글게 주조된 소위 납 프레임이 마찬가지로 사용될 수 있다.
접착력을 평가하기 위해서, 전단력(shear off forces)을 측정하였다. 비교 측정에서 접착력은 온도 변화 검사 후에 측정하였다. 예로서 FR4 상에 부착된 유리 렌즈에 의한 이런 검사 결과를 나타내었다. 주어진 수치들은 [g]인 (평균) 부하가 도포된 렌즈의 분리를 유도한다는 것을 나타낸다.
a.) 접착층 없음: 1200
TW 후: 1000
b.) FR4 상의 접착층: 5600
TW 후: 4900
c.) FR4 및 유리 상의 접착층: 9700
TW 후: 9700
(TW = 온도 변화 검사)
또한 유사한 검사 장비는 플라스틱 렌즈로 제조하였다. 렌즈의 재료는 접착력에 영향을 주지 않는다; 증착된 SiO2 층의 품질과 접착은 중요하다는 것을 발견하였다. 접착층의 품질은 전단 검사(shear off test) 후에 검사 대상의 시각 분석으로 쉽게 측정할 수 있다. "우수한" 접착층의 경우에 실리콘 고무는 찢어지고; 접착 조인트는 약해지지 않는다.
유사하게 우수한 결과들은 도 6에 따른 모듈의 검사에서 얻는다(6a는 COB 버젼을 나타내고, 6b는 SMT(surface mounted technology)버젼을 나타낸다). 접착층(600)은 바람직하게는, 상기 예와 같이, 완전한 표면, 즉, 캐리어(100), LED 입방체(200) 및 가능하다면 배선(410) 상에 증착된다. 따라서 측면 표면을 포함하는 광전자 구성요소의 완전한 상부 측면은 접착층으로 덮인다.
(선택적으로 접착층(600)은 캐리어(600) 및 입방체(200)의 하나 위 또는 이의 일부 지역 위에만 존재할 수 있고, 상기 일부 지역에서 캐리어 및 입방체는 겹칠 수 있다.)
분배 수단에 의해 액체 실리콘은 반구(300) 형태로 도포된다. 실리콘 고무의 중합 후에, 덮개 재료의 접착의 측정을 위해서, 습기 검사 및 온도 충격 검사는 간 접 검사를 위해 사용된다. 85℃와 85% 상대 습도의 습기 검사의 직접 비교에서, 사용된 한 에폭사이드는 통상적으로, 600 시간 후에, 최초 값의 50 내지 70%의 휘도 감소를 나타내고; 생산에 사용된 두 번째 에폭사이드는 이 검사 후에 최초 휘도의 단지 20%를 가져서 약간의 전체적인 감소가 일어난다. 반면에, 본 발명에 따라 구성된 유사한 모듈은 600h 시간 후에 최초 휘도의 90%를 여전히 가진다.
온도 충격 검사 -40℃/105℃에서, 실리콘 고무의 덮개의 경우에 3000 사이클 후에 감소가 관찰되지 않았다. 비록 직접 비교는 없지만, 그럼에도 불구하고 에폭사이드의 덮개에 의한 더 오래된 온도 변화의 경우에, 첫 번째 감소는 500 사이클 후 가장 나중에 항상 나타났다.
이런 결과들은 상기 접착층들의 도움으로 실리콘 고무들은 - 임의의 다른 구성 수단 없이 - 사용된 재료에 대한 단단한 연결을 구성하는 인상적인 방식으로 증명된다. 상기 접착력은 더 높은 온도와 습기에 의해 감소하지 않는다. 또한, 접착은 온도 변화 부하에 대해 민감성이 없다. 실리콘은 결합제 또는 유사한 첨가제를 함유하지 않는다. 그 후에, 모든 광학적으로 투명한 재료들을 사용할 수 있다. 이런 고무들은 여러 제조사들에 의해 제공된다.
이런 상업적으로 구입할 수 있는 실리콘들의 일부는 UV 조사에 대한 저항에 대한 필요조건을 충족시킨다. 대부분의 저항 재료들은 블루 LED(ca. 460nm 주파장)에 의한 연속적인 작동으로 5000h 시간 후에 황변이 나타나지 않는다. 조사 검사(UVC 조사, 30 mW/cm2)의 결과에 따라, 수백 시간 후에 투명도의 감소를 확인할 수 없고, 연속적인 작동으로 20000 시간 이상 후에 블루 LED 위의 실리콘의 황변이 나타나지 않아야 한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있음

Claims (15)

  1. 캐리어(100) 상에 장착된 LED 칩(200)을 구비하는 LED 발광체에 있어서, LED 발광체의 조립을 위해서 상기 캐리어(100) 및/또는 LED 칩(200)의 표면의 일부 영역 및 실리콘 재료의 접착층 또는 덮개 사이에 SiO2의 광학적으로 투명한 접착층(600, 601)이 제공되며, 상기 접착층은 100nm, 바람직하게는 20nm 이하의 범위의 두께를 가진 LED 발광체.
  2. 캐리어(200) 상에 장착된 광전자 구성요소(200)를 가지며 조립을 위해서 상기 캐리어(100) 및/또는 LED 칩(200)의 표면의 일부 영역 내지 접착층 또는 덮개 사이에 SiO2의 광학적으로 투명한 접착층(600, 601)이 제공되는 광전자 구성요소.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접착층 덮개는 실리콘 재료는 실리콘 재료로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    렌즈(500)는 광전자 구성요소 위에 실리콘을 기초로 한 접착제로 부착되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자 구성요소는 LED인 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  6. 제 5 항에 있어서,
    방출된 광의 파장은 전적으로, UV 영역 내지 IR 영역 사이에 있는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  7. 제 3 항에 있어서,
    발광 재료(형광체)는 실리콘 재료에 첨가되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  8. 제 3 항 또는 제 7 항에 있어서,
    사용된 실리콘의 유동성은 하나 이상의 충전제의 첨가에 의해 용도에 적합하게 되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전제는 실리실산, 과립 Al2O3 및/또는 BaSO4의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 광전자 구성요소는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이오드는 UV 영역, 광의 가시 영역 및/또는 자외선 영역에서 방출되는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
  12. COB(Chip-on-board), SMT(표면 장착) 또는 래디얼(radial) 방식 구조의 제 10 항의 광전자 구성요소.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    접착층의 두께는 최대 20nm, 바람직하게는 최대 10nm의 두께를 가진 광전자 구성요소.
  14. 캐리어 상에 장착된 광전자 구성요소 위로 덮개 또는 접착층의 조립을 위한 접착제로서 SiO2 층(600, 601)의 용도.
  15. 광전자 구성요소를 캐리어 상에 장착하는 단계,
    상기 캐리어 및/또는 상기 구성요소의 상부 측면의 일부 영역 또는 완전한 표면상에 접착제로서 SiO2 층을 도포하는 단계, 및
    상기 SiO2 층 상에 접착층 또는 덮개를 도포하는 단계를 가진 광전자 모듈의 생산 방법.
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