KR20200026195A - 특히 표면 장착 부품(smd)을 위한 반사성 복합 재료, 및 이러한 복합 재료를 포함하는 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄으로 이루어진 지지부(1), 지지부(1)의 일 측면(A) 상에 위치되어 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2), 및 중간층(2) 위에 도포되는 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)을 포함하는 반사성 복합 재료(V)에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 특히 칩 및 와이어 방법을 사용하여 부품이 표면 장착될 때, 높은 반사율을 포함하고 개선된 전기 연결성을 포함하는 그러한 복합 재료(V)를 제공하는 것이다. 이것은, 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2)이 5 nm 내지 200 nm 범위의 두께(D2)를 포함하고, 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반대쪽에 있는 지지부(1)의 측면(B) 상에는, 25 ℃에서 최대 1.2 * 10-1 Ωmm2/m의 고유 전기 저항을 포함하는 금속 또는 금속 합금의 층(9)이 표면에 도포됨으로써 달성되고, 여기서 표면에 도포되는 층(9)의 두께(D9)는 10 nm 내지 5.0 ㎛ 범위이다.
Description
본 발명은 알루미늄으로 이루어진 지지부, 지지부 상에 위치되어 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층, 및 중간층 상에 도포되는 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템을 포함하는 반사성 복합 재료에 관한 것이다. 여기서 "알루미늄으로 이루어진 지지부"에는 알루미늄 합금도 또한 포함된다.
또한, 본 발명은 이러한 반사성 복합 재료를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
서두에 언급된 유형의 복합 재료는 예를 들어 WO 00/29784 A1호로부터 공지되어 있다. 여기서 이 출원의 중심은, 광학 활성 시스템의 표면 상에 위치되는 보호 층을 형성하는 것이다. 기능성 코팅으로도 또한 지칭되는 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템은 여기서 예를 들어 알루미늄, 은, 구리, 금, 크롬, 니켈 또는 이들의 합금으로 이루어진 층과 같은 반사성 층을 포함한다. 여기서 알루미늄으로 이루어진 지지부의 경우에 예를 들어 지지부의 양극 산화를 통해 생성된 층일 수 있는 적어도 하나의 사전 처리 층이 중간층으로서 지지부와 기능성 코팅 사이에 배치될 수 있다. 또한, 일반적으로 광택 재료의 밴드가 예를 들어 99.8 % 이상, 예를 들어 99.9 %의 순도를 갖는 알루미늄계 순수 알루미늄으로, 또는 AlMg 합금으로 제조될 수 있고, 마찬가지로 확산 또는 지향성 광 반사를 갖는 롤 표면을 또한 생성할 수 있는 것이 일반적으로 공지되어 있다고 언급하고 있다. 또한, 지향성 반사를 증가시키기 위해, 이러한 밴드의 표면을 화학적 또는 전해적 방식으로 광택을 내고, 이어서 양극 산화를 통해 예를 들어 1.5 ㎛ 층 두께의 산화 알루미늄 보호 층을 생성하는 것도 공지되어 있다. 알루미늄 상에 자연적으로 형성되는 산화물 층은 그 대신에 단지 약 0.005 ㎛의 두께에 달할 뿐이다.
DE 103 40 005 A1호에는 백색광을 방출하기 위한 발광 장치가 설명되고, 이 발광 장치는 기판의 상부 표면 및 하측면 상에 제공되는 2개의 연결 전극을 갖는 상세하게 특정되지 않는 전기 절연 기판을 포함한다. 이 경우, 공지된 장치는 기판 상에 배치되고 칩으로서 설계되는 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 이러한 발광 다이오드의 캐소드는 접착제를 통해 전극들 중 하나에 연결되고, 애노드는 본딩 와이어를 통해 다른 전극에 연결된다. LED 및 기판의 상부 표면은 투명 수지에 의해 커버된다.
이 경우, DE 103 40 005 A1호에서 실시된 장착 방법에 대해 특징적인 것은 (독어 Wuerfel 또는 Plaettchen에 대한 영어 표현인) "Die"로도 지칭되는 소위 LED 칩의 표면 장착이다. 이러한 장착 기술은 표면 장착 기술(Surface mounting technology)("SMT")로 지칭된다. 또한, 이러한 맥락에서 마찬가지로 사용되는 약어 "SMD"(Surface-mounted device)는 여기서 - "와이어 연결된 부품"을 갖는 종래의 스루홀 마운팅(Through Hole Technology)("THT")의 부품과는 달리 - 와이어 연결을 포함하지는 않고, 특히 땜납 가능한 연결 표면에 의해(그러나, 여기서 DE 103 40 005 A1호에서는 접착제를 사용함) 소위 플랫 모듈로서 인쇄 회로 기판 상에 직접 장착되는 표면 장착 부품을 설명한다.
이러한 유형의 연결 전극 구조에 대해서는 영어 표현 "리드 프레임"이 일반적이며, 이에 대해 예시적으로 US 6,407,411 B1호가 참조된다. 이러한 맥락에서, SMD-LED 분야에서는 오늘날 일반적으로 "리드 프레임"의 재료로서 은 도금된 구리가 사용되지만, 그러나 이것은 불리하게는 황화수소에 비해 낮은 내구성을 가지며, 단지 약 93 % 범위의 반사율을 포함한다는 것이 언급된다.
또한, DE 103 40 005 A1호에서 설명되는 장착 방법은 소위 "COB 기술" (Chip-on-Board-Technology)을 사용하는 것이고, 이는 베어 칩(bare chip) 장착으로도 또한 지칭된다. 이것은 전자 어셈블리를 제조하기 위해, 기판 상에 하우징되지 않은 반도체 칩을 직접 장착하는 기술이다. 오늘날 "COB"라는 용어는 베어 반도체를 포함하는 모든 어셈블리에 대해 사용되지만, 원래는 소위 칩 및 와이어 기술에 따라 제조된 어셈블리만을 의미하는 것으로 이해되었다. 이 출원에 따르면, 추가적인 새로운 이해가 기초로 사용되는데, 이것은 LED 칩에 대해 DE 103 40 005 A1호가 제공하는 바와 같은 칩 및 와이어 기술을 포함한다.
LED 장치의 중요한 이점은 높은 발광 효율(ηv)(luminous efficacy)이다. 발광 효율이라 함은, 광원에 의해 방출된 광류(Φv) 및 이에 의해 흡수된 전력(P)의 몫을 의미하는 것으로 이해된다. 발광 효율의 SI 단위는 와트 당 루멘(lm/W)이다. 발광 효율의 값이 클수록, 램프의 주어진 전력 소비에서 눈에 대해 사용 가능한 광류는 더 커진다. 이 경우, 램프의 발광 효율(ηv)은 2가지 요소로 이루어진다: 램프의 복사 효율(ηe) 및 방출된 복사선의 광도 복사선 당량(K).
ηv = ηe * K.
종래의 백열 전구의 발광 효율이 10 내지 30 lm/Watt인 반면에, 유리하게는 LED 램프에서는 2배 초과, 즉 60 내지 100 lm/Watt이다.
EP 2 138 761 A1호에서는, 비교적 높은 조도 또는 발광 효율(ηv) - 즉, 높은 효율성 - 을 달성하기 위해 알루미늄으로 이루어진, 특히 코팅된 반사기가 사용될 수 있는 것이 설명된다. 반사기로서 사용되는 고 반사성 지지부의 전반사율은 높은 발광 효율로 또한 이어진다. 이 경우, "고 반사성"이라는 용어는 이 출원에 따르면, 언급된 EP 2 138 761 A1호에 설명된 바와 동일한 이해를 기초로 한다. 즉, 이하에서 "고 반사성"이라 함은, DIN 5036, 파트 3(11/79 발행)에 따라 적어도 85 %, 바람직하게는 적어도 90 %, 특히 바람직하게는 적어도 95 %의 전반사율을 포함하는 재료를 의미하는 것으로 이해된다.
높은 전반사율을 갖는 반사기를 위한 지지부 재료로서 - 이미 언급된 바와 같이 - 99.8 %의 최소 순도를 갖는 압연된 알루미늄이 또한 사용되고, 그 위에는, 그 위에 있는 PVD 층에 대한 기부로서 그리고 화학적 보호 층으로서 중간층이 도포된다. 이러한 보호성 중간층은 바람직하게는 습식 화학 양극 처리 공정으로 형성되고, 여기서 표면이 충분히 낮은 거칠기 및 충분한 경도를 포함하여 결함 없이 형성됨으로써 달성되고, 여기서 공정 체인의 마지막 단계에서 산화 알루미늄 층의 임의의 존재하는 기공이 고온 압축에 의해 실질적으로 폐쇄될 수 있다. 이 경우 순도 및/또는 거칠기를 변경함으로써, 전반사의 정도에 영향을 줄 수 있는 반면, 확산 반사의 정도는 알루미늄 지지부의 롤링 구조에서의 의도된 변화에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히 중간층을 생성하기 위한 밴드 형상의 알루미늄 지지부 재료가 양극 산화를 위해 또는 습식 화학적 양극 처리를 위해 욕조(bath)에 유입되는 경우, 상측면 상에 산화 알루미늄 중간층이 형성될 뿐만 아니라, 하측면 상에도 실질적으로 동일한 구조를 갖는 또 다른 산화 알루미늄 층이 또한 형성된다.
그런 다음, 중간층 상에 후속적으로 도포되는 광학 활성 다층 시스템은 예를 들어 적어도 3개의 층으로 이루어질 수 있으며, 여기서 상부층은 유전 층 및/또는 산화 층이고, 최하층은 반사층을 형성하는 금속 층이다. 여기서 금속 층은 예를 들어 양극 층 상에 적층되어 있는 고 반사성 순수 은 층일 수 있다. 이 층은 광학적으로 밀도가 높고, 가시 광선 범위에서 매우 높은 전반사를 포함한다. 서두에 언급된 유형의 이러한 복합 재료는 조명 기술, 조명 시스템 및 장식 응용 분야에서 MIRO®-Silver라는 이름으로 표면 마감 알루미늄 밴드로서 널리 사용된다.
은 반사층을 포함하는 서두에 언급된 유형의 추가의 공지된 복합 재료는 DE 10 2015 114 095 A1호 및 WO 2017/032809 A1호에서 설명되어 있다. 유리한 높은 전반사율 및 이 경우 우수한 장기 안정성으로 인해, 이들 및 다른 이러한 유형의 복합 재료를 위에서 설명한 표면 마운팅 및 칩-온-보드 기술의 맥락에서 지지부 재료로서, 예를 들어 리드 프레임 구조로서 표면 장착 장치(SMD)를 위해, 특히 LED 반도체 칩을 위해 사용할 수 있는 것이 바람직한 것으로 보인다. 따라서, DE 10 2015 114 095 A1호 및 WO 2017/032809 A1호에는, LED 광원을 예를 들어 칩의 형태로, 바람직한 적용의 경우로서 거기에 설명된 복합 재료의 표면 상에 배치하는 것이 언급된다. 그러나, 공지된 복합 재료는 언급된 기술의 맥락에서, 특히 칩 및 와이어 기술을 사용할 때에도, SMD의 전기적 접촉에 문제를 야기할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 과제는 표면 장착을 사용할 때, 특히 칩 및 와이어 기술을 사용할 때 개선된 전기 연결성을 포함하고, 높은 반사율 및 바람직하게는 또한 높은 장기 안정성을 갖는, 즉 장시간 동안 광 전반사율의 손실이 적은 서두에 설명된 유형의 복합 재료를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층이 5 nm 내지 200 nm 범위의 두께를 포함하고, 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템의 반대쪽에 있는 지지부의 측면 상에는, 25 ℃에서 최대 1.2 * 10-1 Ωmm2/m의 고유 전기 저항을 포함하는 금속 또는 금속 합금의 층이 표면에 도포되고, 여기서 표면에 도포되는 층의 두께는 10 nm 내지 5.0 ㎛의 범위에 있음으로써 달성된다.
따라서, 바람직하게는 본 발명에 따르면 소위 와이어 본딩의 맥락에서 한편으로는 복합 재료의 표면과, 복합 재료 상에 표면 장착을 통해 도포되는 전자 부품 사이의 연결을 생성하기 위해, 본 발명에 따른 복합 재료의 전면 또는 상측면 상에 와이어의 용접, 특히 금 와이어의 초음파 용접을 문제없이 가능하게 하고, 다른 한편으로는 본 발명에 따른 복합 재료의 후면 또는 하측면 상에서의 전기 경계 저항이 놀랍게도 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 나타났다. 따라서, 이 측면은 인쇄 회로 기판(PCB)(Printed Circuit Board) 상에 문제없이 납땜될 수 있거나 또는 유사한 재료 결합 방식으로 작용하는 연결 방법에 의해, 예를 들어 전기 전도성 래커 또는 접착제를 사용하여 도포될 수 있다.
표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층의 두께 및 재료의 선택은 유리하게는 예를 들어 고유 전기 저항의 값, 온도 내구성, 특히 땜납 시, 땜납 호환 가능성, 이용 가능성, 가격 등과 같은 다양한 측면 하에서 서로에 대해 최적으로 조정될 수 있다.
바람직하게는, 이러한 관점에서 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층이라 함은, 0.1 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위의 두께를 갖는 구리 층 또는 10 nm 내지 500 nm 범위의 두께를 갖는 은 층일 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치는 베어 칩(Die)으로 형성된 발광 다이오드와 같은 전자 부품용 프레임 지지 구조체("리드 프레임")를 형성하는, 본 발명에 따른 반사성 복합 재료를 포함하고, 여기서 전자 부품은 프레임 지지 구조체 상에서 상측면에 놓이고, 고정되며, 그리고 별도의 와이어에 의해 프레임 지지 구조체에 전기적으로 접촉되고, 여기서 (SMD로서의) 전자 부품 및 프레임 지지 구조체("리드 프레임")로 이루어진 복합체는 하측면에 전기 전도성 재료 결합 방식으로 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결된다.
일반적으로 은 도금된 구리로 이루어진 프레임 구조체를 본 발명에 따른 복합 재료로 대체함으로써, 이 경우, 특히 표면에 도포되는 층에 은이 없는 경우, 특히 황화수소에 비해 개선된 내식성이 달성되고, 여기서 각 경우에 특히 100 lm/W보다 큰 값을 채택할 수 있음으로써, 동시에 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예는 종속항 및 이하의 상세한 설명에 포함된다.
첨부된 도면을 통해 도시된 실시예에 기초하여, 본 발명이 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 재료의 실시예를 통한 확대된 개략적 단면도를 도시하고, 그 안에 포함된 층 두께는 순전히 개략적이며, 축척에 들어맞게 도시되지는 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 장치의 실시예의 부분 범위의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 장치를 위한 본 발명에 따른 복합 재료로 형성된 프레임 지지 구조체의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 장치의 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 장치의 실시예의 부분 범위의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 장치를 위한 본 발명에 따른 복합 재료로 형성된 프레임 지지 구조체의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 장치의 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
이하의 설명에 대해, 본 발명이 실시예 및 여기서 설명된 특징 조합의 모든 특징들 또는 복수의 특징들에 제한되지 않는다는 것이 명백히 강조된다. 오히려, 실시예의 각각의 개별 부분 특징은 또한 이와 관련하여 설명된 모든 다른 부분 특징과는 그 자체로 분리될 수 있고 그리고 또한 임의의 적절한 추가 특징과 조합하여 본 발명의 중요성을 가질 수 있다.
도면의 다양한 도면에서, 동일한 부분에는 항상 동일한 참조 번호가 제공되므로, 이들은 일반적으로 또한 각각 한 번만 설명된다.
우선 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 반사성 복합 재료(V)는 알루미늄으로 이루어진 지지부(1), 지지부(1) 상의 일 측면(A) 상에 위치되어 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2), 및 중간층(2) 상에 도포되는 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)을 포함하는 복합 재료(V)를 포함한다. 지지부(1)는 최대 1600 nm, 바람직하게는 1250 nm의 폭을 갖고, 약 0.1 내지 1.5 mm, 바람직하게는 대략 0.2 내지 0.8 mm의 두께(D1)를 갖는 코일로서 형성될 수 있다. 지지부 상에 위치되는 모든 얇은 층들, 특히 중간층(2) 및 광학 활성 다층 시스템(3)의 층이 상기 지지부에 비해 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 지지부 두께(D1)의 크기는 또한 본 발명에 따른 복합 재료(V)의 총 두께(DG)를 동시에 나타낸다.
지지부(1)의 알루미늄은 특히 99.0 %보다 높은 순도를 포함할 수 있고, 이에 의해 자체의 열 전도성이 향상된다. 이를 통해, 열 피크의 형성이 방지될 수 있다. 그러나, 예를 들어 지지부(1)는 또한 Al 98.3, 즉 98.3 %의 순도를 갖는 밴드 형상의 알루미늄 시트일 수 있다. 또한, 양극 산화에 의해 중간층(2)이 형성될 수 있는 한, 예를 들어 AlMg-합금과 같은 알루미늄 합금을 지지부(1)로서 사용할 수 있는 것도 가능하다.
광학 활성 다층 시스템(3)은 예시적으로 - 도시된 바와 같이 - 적어도 3개의 층으로 이루어질 수 있으며, 여기서 이 중 2개의 상부층(4, 5)은 유전 층 및/또는 산화 층이고, 그 아래의 최하층(6)은 예를 들어 반사층(6)을 형성하는 알루미늄 또는 은으로 이루어진 금속 층이다.
추가적으로, 도시된 경우에 예를 들어 이산화규소와 같은 저흡수성 재료로 이루어진, 선택적으로 존재하는 보호 비금속 커버층(7)이 도시되어 있다. 이러한 층 구조는 독일 실용신안 등록 출원 DE 2 98 12 559 U1호로부터 공지되어 있고, 이러한 맥락에서 그 전체가 참조된다. 따라서, 광학 다층 시스템(3)의 유전 층 및/또는 산화 층(4, 5)은 예를 들어 각각 30 nm 내지 200 nm 범위의 두께(D4, D5)를 포함할 수 있고, 여기서 이러한 두께(D4, D5)는 각각 바람직하게는 반사성 전자기 복사선의 스펙트럼 범위의 중심 파장의 1/4이고, 따라서 층(4, 5)은 반사 개선 간섭 층으로서 작용할 수 있다. 보호 층(7)의 두께(D7)는 0.5 nm 내지 20 nm의 범위, 바람직하게는 0.5 nm 내지 10 nm의 범위일 수 있다. 광학 다층 시스템(3) 상에는 실리콘 질화물 보호 층이 커버 층(7)으로서 도포되는 것이 또한 제공될 수 있다.
커버층(7) 및 유리하게는 이하에 설명되고 특히 구리층으로 형성된 금속 또는 금속 합금의 층(9)을 포함하는 - 광학 다층 시스템(3)은 기술적으로 유리한 방식으로 연속 진공 밴드 코팅 공정을 사용하여 적용될 수 있다. 이 경우, 특히 층들(4, 5, 6, 7, 9)은 스퍼터링 층, 특히 반응성 스퍼터링을 통해 생성된 층, CVD 또는 PECVD 층 또는 증착에 의해, 특히 전자 충격 처리에 의해 또는 열원으로부터 생성된 층들일 수 있다.
반사층(6)은 선택적으로 예를 들어 알루미늄, 티타늄, 및/또는 크롬 산화물로 이루어진, 도시되지 않은 접착 중간 층을 통해 중간층(2)에 결합될 수 있다. 또한, 반사층(6)은 선택적으로 상측면 및 하측면에서 온도 안정성을 높이기 위해 예를 들어 니켈, 니켈 합금 또는 팔라듐으로 이루어진 도시되지 않은 배리어 층들 사이에 매립될 수 있다.
광학 다층 시스템(3)의 상부 유전 층 및/또는 산화 층(4)은 광학 다층 시스템(3)의 하부 유전 층 및/또는 산화 층(5)보다 더 크게 굴절하는 층이고, 여기서 상부층(4)은 바람직하게는 TiO2, Ta2O5, Nb2O5, MoO3 및/또는 ZrO2로 이루어질 수 있고, 하부층(5)은 바람직하게는 Al2O3 및/또는 SiO2로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 산화 알루미늄, 특히 양극 산화된 알루미늄으로 형성된 중간층(2)은 5 nm 내지 200 nm 범위, 바람직하게는 10 내지 100 nm 범위의 두께(D2)를 포함하는 것이 제공된다. 이미 설명된 바와 같이 - 도 2에 도시된 바와 같이 - 유리하게는 본 발명에 따르면, 소위 와이어 본딩의 맥락에서 한편으로는 본 발명에 따른 복합 재료(V)의 전방면 또는 상측면(A) 상에 와이어(D)의 용접, 특히 금 와이어의 초음파 용접을 가능하게 하므로, 복합 재료(V)의 표면(A)과 복합 재료(V) 상에 표면 장착을 통해 도포되는 전자 부품(SMD) 사이의 전기 연결(용접 지점(SP))이 문제 없이 가능하다.
이 경우, 중간층(2)의 표면은 0.05 ㎛ 미만, 특히 0.01 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 0.005 ㎛ 미만의 범위의 산술 평균 거칠기(Ra)를 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 위에서 언급된 높은 광 전반사율이 존재할 때, DIN 5036에 따라 결정된 최소 확산 광 반사율을 설정하는 역할을 한다. 더 높은 확산 광 반사율이 공급되면, 이에 대응하여 거칠기가 증가될 수 있다.
반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반대쪽에 있는 지지부(1)의 측면(B) 상에는, 선택적으로 산화 알루미늄으로 이루어진 다른 층(8)이 위치되고, 이는 예를 들어 상측면(A)을 제조 이유로 양극 처리할 때 동시에 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 형성은 필요한 경우 측면(B)을 커버함으로써 방지될 수 있다. 또한, 이러한 유형의 층을 선택적으로 제거하기 위한 방법이 공지되어 있다. 산화 알루미늄으로 이루어진 다른 층(8)이 존재하는 경우, 그 두께(D8)는 중간층(2)의 두께(D2)와 동일한 범위, 즉 5 nm 내지 200 nm의 범위, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 범위이어야 한다.
본 발명에 필수적인 다른 특징은, 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반대쪽에 있는 지지부(1)의 측면(B) 상에는, 25 ℃에서 최대 1.2 * 10-1 Ωmm2/m의 고유 전기 저항을 포함하는 금속 또는 금속 합금의 층(9)이 표면에 도포되고, 여기서 표면에 도포되는 층(9)의 두께(D9)는 10 nm 내지 5.0 ㎛ 범위라는 점이다.
특히, 이는 0.1 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.2 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 범위의 두께(D9)로 도포되는 구리 층일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 표면에 도포되는 층(9)이 10 nm 내지 500 nm 범위의 두께(D9), 특히 50 nm 내지 250 nm 범위의 두께(D9)를 갖는 은 층인 것을 제공한다.
표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9)의 고유 전기 저항은 25 ℃에서 바람직하게는 2.7 * 10-2 Ωmm2/m의 최대값, 특히 바람직하게는 1.8 * 10-2 Ωmm2/m의 최대값을 포함할 수 있다.
여기서 다양한 재료에 사용될 고유 전기 저항의 값과 관련하여, 이하의 표 1이 참조되며, 이는 문헌에서 다양한 지점에서 언급된 값에 기초하여 편집된 것이다.
표 1: 25 ℃에서의 고유 전기 저항값(
)
각각의 다양한 조성을 갖는 10가지 다양한 이원 합금((Al/Cu, Al/Mg, Cu/Au, Cu/Ni, Cu/Pd, Cu/Zn, Au/Pd, Au/Ag, Fe/Ni, Ag/Pd)의 고유 전기 저항(
)에 대한 개요는 예를 들어 과학 논문 "선택된 이원 합금 시스템의 전기 저항", 저자: 호, 씨. 와이.(Ho, C. Y.) 외, J. Phys. Chem. Ref. Data, 12호, 2권, 1983, 183 - 322쪽에서 알 수 있다. 본 발명에 따라 제공된 층(9)에서 특정 화학 조성을 결정할 때, 이러한 값이 참조될 수 있다.
그러나, ASTM F390-11 "공선형 4-프로브-어레이를 갖는 얇은 금속 필름의 시트 저항에 대한 표준 테스트 방법"에 따른 직접 측정도 또한 가능하다. 이러한 표준은 Ω 또는 "Ω 스퀘어" 단위로 결정된 시트 저항("시트 저항")이 층 기하학적 구조, 즉 길이, 폭 및 두께를 고려하여 고유 전기 저항으로 어떻게 변환될 수 있는지에 대한 정보도 또한 포함한다.
알루미늄으로 이루어진 지지부(1) 또는 산화 알루미늄으로 이루어진 선택적으로 존재하는 다른 층(8)과 구리 층(9) 사이에는 바람직한 실시예에서 접착 중간 층(10)이 제공될 수 있고, 상기 접착 중간 층은 예를 들어 전이 금속, 특히 티타늄, 크롬 또는 니켈로 이루어지고, 그 두께(D10)는 바람직하게는 5 nm 내지 25 nm의 범위, 특히 바람직하게는 10 nm 내지 20 nm의 범위일 수 있다.
마찬가지로 이미 언급한 바와 같이, 이는 유리하게는 본 발명에 따른 복합 재료(V)의 후면 또는 하측면(B) 상의 전기 경계 저항이 무시할 수 있을 정도로 작다는 사실로 이어진다. 따라서, 이러한 측면(B)은 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 땜납되거나 또는 유사한 재료 결합 방식으로 작용하는 연결 방법에 의해 도포될 수 있다. 재료 결합 방식으로 작용하는 연결 층은 도 1 및 도 4에서 각각 참조 번호 L로 표시되어 있다. 땜납을 위해, 유리하게는 예를 들어 Sn96.5Ag3Cu0.5와 같은 예를 들어 주석 함유 표준 전기 땜납이 사용될 수 있다.
금속 또는 금속 합금의 비교적 얇은 표면 층(9), 특히 구리 층에도 불구하고, 본 발명에 따른 복합 재료(V)와 땜납 사이에서, 열 응력으로 인해 기계적으로 그리고 결과적으로 땜납 지점의 전기적 고장으로 또한 이어질 수 있는, 층 두께(D9)에 비해 두껍고 부서지기 쉬운 금속 간 상을 형성하지 않는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 최대 1000 시간의 열 노화는 단지 100 nm 두께의 금속 간 상을 형성하게 했다. 또한, 전형적인 테스트에 따르면 유리하게는 연결 층(L)의 땜납 연결이 형성되고, 여기서 연결된 부품(LF, COB) 사이의 견인력 또는 전단력이 예를 들어 120 ℃ 및 1000 시간에서의 온도 노화 후에 단지 2배 미만만큼만 감소되는 것으로 밝혀졌다.
표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9) 상에, 특히 구리 층 상에는 선택적으로 도시되지 않은 패시베이션 층이 위치될 수 있다. 이는 바람직하게는 Ag, Ni, Pd 및/또는 Au(Ag/Ni/Pd/Au)로 이루어질 수 있고, 10 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 250 nm 범위의 전형적인 두께를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 층은 땜납에 의한 귀금속 표면의 개선된 습윤성으로 인해, 제조된 SMD 부품의 PCB 상으로의 땜납 가능성을 추가적으로 지원한다.
본 발명에 따른 발광 장치(LV)는 - 도 2 및 도 4 참조 - 베어 칩(bare chip)(DIE)으로 형성된 발광 다이오드와 같은 전자 부품(SMD)을 위한 프레임 지지 구조체(LF)("리드 프레임")를 형성할 수 있는 본 발명에 따른 반사성 복합 재료(V)를 포함한다. 이러한 유형의 프레임 지지 구조체(LF)는 도 3에 도시되어 있다. 이것은 평면도에서 도시된 형태로, H 형태를 갖고, 여기서 H 형태의 크로스바(Q)가 핑거(F)로 형성된 시트들 사이에 직각이 아니라, - 도시된 바와 같이 - 종종 비스듬히 연장된다. 이러한 유형의 프레임 지지 구조체(LF)는 기술적으로 유리한 방식으로 예를 들어 스탬핑 부품으로서 또는 레이저 절단에 의해 제조될 수 있다. 필요한 경우, 품질 손상 없이 복합 재료(V)를 문제없이 벤딩할 수 있기 때문에, 벤딩 부분으로 추가적으로 형성하는 것도 또한 가능하다.
여기서, 복수의 프레임 지지 구조체(LF)는 우선 밴드 형상 기판으로 형성된 프레임 장치에 결합될 수 있고, 여기서 프레임 지지 구조체(LF)는 웨브를 통해 필드 구성으로, 즉 행 및 열 요소로서 연결된다. 프레임 장치로부터 프레임 지지 구조체(LF)가 간단히 제거될 수 있는데, 예를 들어 떼어낼 수 있거나 또는 펀칭될 수 있으므로, 본 발명에 따른 발광 장치(LV)의 특히 자동화된 대량 생산이 유리하게는 용이하게 가능하다. 이 경우, 프레임 지지 구조체(LF)는 상측면에 이미 전자 칩(SMD)이 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치(LV)에서, 전자 부품(SMD/DIE)은 상측면, 즉 프레임 지지 구조체(LF) 상의 측면(A) 상에 놓여지고, 적어도 하나의 별도의 와이어(D)에 의해 프레임 지지 구조체(LF)에 전기적으로 접촉된다. LED-Die(참조 부호: DIE) 외에도, 도 2에 추가적으로 우측 하단에 제너 다이오드(Z)가 추가의 표면 장착된 전자 부품(SMD)으로 도시되어 있다. 전자 부품(SMD) 또는 - 도시된 경우에서 2개의 도시된 전자 부품(SMD)(DIE 및 Z) - 및 프레임 지지 구조체(LF)로 이루어진 복합체는 하측면(측면 B)에서 인쇄 회로 기판(PCB)에 전기 전도성 재료 결합 방식으로 연결된다.
지지부(1) 상에는 - 도시된 실시예와는 상이하게 - 추가적인 층을 갖는 다른 반사 증폭 시스템(3)이 위치될 수 있다. 이와 관련하여, 특히 반사 증폭 은 층을 갖는 DE 10 2015 114 095 A1호의 시스템이, 본 발명에 따라 설계된다면, 언급될 수 있다. 대조적으로, WO 2017/032809 A1호에 설명되는 시스템은 중간층(2)에서 최대 5 ㎛ 두께를 갖는 유기 층 형성 래커의 존재를 필수적으로 제안하며, 이는 본 발명에 따라 방지되어야 한다. 본 출원에 따르면, "산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2)"의 형성은 바람직하게는 "배타적으로 이루어진"의 의미에서 확정적인 것으로 간주되지만, 그러나 본 출원에 따라 중간층(2) 내의 부분 층의 존재가 경우에 따라서는 완전히 배제되지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 관점에서, 어떤 경우에도 전체 중간층(2)의 두께(D2)는 5 nm 내지 200 nm 범위이어야 한다. 광학 다층 시스템(3)이 전술한 층(4, 5, 6)만을 포함할 수 있는 것은 아니지만, 본 발명에 따라 그 위에 예를 들어 마찬가지로 종래 기술에서 설명된 바와 같이 예를 들어 졸-겔(Sol-Gel) 층에 기초한 유기 또는 유기 실리콘 래커 층이 커버 층(7)으로서 도포되는 것이 제공되지 않을 수 있다.
청구범위 내에서, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예를 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들어 도 4에서 본 발명에 따른 발광 장치(LV)의 표면에는 투명한 질량체(M), 예를 들어 에폭시 수지가 주조될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광학 렌즈 시스템은 또한 LED 칩(DIE)로 형성된 전자 부품(SMD) 위에 제공될 수 있다.
위에서 특히 반사층(6)으로서 은 층이 언급되는 한, 이러한 층이 0.001 질량 % 내지 5.0 질량 % 범위, 특히 0.5 질량 % 내지 3.0 질량 % 범위의 합금 원소를 함유할 수 있는 것을 포함한다. 합금 원소는 예를 들어 네오디뮴과 같은 희토류 원소일 수 있다. 이러한 유형의 원소는 예를 들어 은의 입자 경계로 이동하고 그리고/또는 은 층의 표면에 축적될 수 있으므로, 거기에서 귀금속보다는 은을 산화시키고, 은 입자 상에 미세하게 얇은 보호 층을 형성한다. 이러한 합금 원소의 효과는 팔라듐, 백금, 금 및/또는 구리의 추가적인 합금에 의해 더욱 증가될 수 있다. 또한, 이를 통해 확산 억제가 이루어지고, 작동 상태에서 발생할 수 있는 바와 같이, 특히 고온에서 은 결정의 유착이 방지된다. 이를 통해, 유리하게는 반사층의 노화의 감속, 즉 시간 및/또는 온도에 따른 반사율의 감소의 지연을 가져온다.
팔라듐은 또한 주 합금 원소로서 은에, 바람직하게는 합금의 0.5 질량 % 내지 3.0 질량 % 범위의 질량 비율로 첨가될 수 있고, 여기서 추가적으로 - 더 작거나 또는 최대한 동일한 비율로 - 알루미늄, 금, 백금, 구리, 탄탈륨, 크롬, 티타늄, 니켈, 코발트 또는 실리콘 원소 중 하나가 제3 합금 성분으로서 존재할 수 있다.
그러나, 은 층은 또한 비교적 높은 비율로 - 특히 최대 70 질량 %, 바람직하게는 5 질량 % 내지 30 질량 % 범위에서 몰리브덴과 합금될 수 있다. 이것은 마찬가지로 확산 억제 작용을 하고 그리고 또한 은의 개선된 접착력을 발생시킨다.
또한, 인듐, 티타늄 및/또는 주석이 은에 대한 합금 원소로서 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 바람직하게는 인듐 및/또는 주석 및/또는 안티몬 및/또는 비스무트를 0.5 질량 % 내지 3.0 질량 % 범위로 함유하고, 나머지는 은으로 이루어지는 합금이 적합한 것으로 나타난다.
스퍼터링 공정에서 은-합금 층을 생성하기 위한 적절한 타겟은 또한 EP 3 196 334 A1호에 설명되어 있다.
본 발명은 독립 청구항에 정의된 특징 조합에 제한되지는 않고, 전체적으로 개시된 모든 개별 특징들의 특정 특징들의 각각 임의의 다른 조합을 통해 정의될 수도 있다. 이것은 원칙적으로 실제로 독립 청구항 제1항의 임의의 단일 특징이 생략되거나 또는 본 출원의 다른 곳에 개시되어 있는 적어도 하나의 개별 특징으로 대체될 수 있다는 것을 의미한다. 한편, 청구항 제1항은 단지 본 발명의 제1 형성 시도로서만 이해되어야 한다.
1 : V의 지지부
2 : 1 상에서의 V의 중간층(측면 A)
3 : 2 상에서의 V의 광학 활성 다층 시스템(측면 A)
4, 5 : 3의 상부층(측면 A)
6 : 3의 최하층, 반사층(측면 A)
7 : 3을 통한 커버 층(측면 A)
8 : 1 상에서의 Al2O3(측면 B)
9 : 금속 또는 금속 합금의 층(측면 B)
A : 1의 상측면
B : 1의 하측면
D : 와이어
D1 : 1의 두께
D2 : 2의 두께
D3 : 3의 두께
D4 : 4의 두께
D5 : 5의 두께
D6 : 6의 두께
D7 : 7의 두께
D8 : 8의 두께
D9 : 9의 두께
DG : V의 총 두께
DIE : 발광 다이오드, SMD의 베어 칩 실시예(도 2, 도 4)
F : LF의 H-핑거(도 2, 도 3)
L : V와 PCB 사이의 연결 층
LF : 프레임 지지 구조체(리드 프레임)
LV : V를 갖는 발광 장치
M : LV의 투명한 질량체(도 4)
PCB : 인쇄 회로 기판
Q : LF의 H 크로스바(도 3)
SMD : 전자 부품(표면 장착 부품)
SP : 용접 지점(도 2)
V : 복합 재료
Z : 제너 다이오드, SMD의 실시예(도 2)
2 : 1 상에서의 V의 중간층(측면 A)
3 : 2 상에서의 V의 광학 활성 다층 시스템(측면 A)
4, 5 : 3의 상부층(측면 A)
6 : 3의 최하층, 반사층(측면 A)
7 : 3을 통한 커버 층(측면 A)
8 : 1 상에서의 Al2O3(측면 B)
9 : 금속 또는 금속 합금의 층(측면 B)
A : 1의 상측면
B : 1의 하측면
D : 와이어
D1 : 1의 두께
D2 : 2의 두께
D3 : 3의 두께
D4 : 4의 두께
D5 : 5의 두께
D6 : 6의 두께
D7 : 7의 두께
D8 : 8의 두께
D9 : 9의 두께
DG : V의 총 두께
DIE : 발광 다이오드, SMD의 베어 칩 실시예(도 2, 도 4)
F : LF의 H-핑거(도 2, 도 3)
L : V와 PCB 사이의 연결 층
LF : 프레임 지지 구조체(리드 프레임)
LV : V를 갖는 발광 장치
M : LV의 투명한 질량체(도 4)
PCB : 인쇄 회로 기판
Q : LF의 H 크로스바(도 3)
SMD : 전자 부품(표면 장착 부품)
SP : 용접 지점(도 2)
V : 복합 재료
Z : 제너 다이오드, SMD의 실시예(도 2)
Claims (18)
- 알루미늄으로 이루어진 지지부(1), 상기 지지부(1) 상의 일 측면(A) 상에 위치되어 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2), 및 상기 중간층(2) 상에 도포되는 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)을 포함하는 반사성 복합 재료(V)에 있어서,
상기 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2)은 5 nm 내지 200 nm 범위의 두께(D2)를 포함하고, 상기 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반대쪽에 있는 상기 지지부(1)의 측면(B) 상에는, 25 ℃에서 최대 1.2 * 10-1 Ωmm2/m의 고유 전기 저항을 포함하는 금속 또는 금속 합금의 층(9)이 표면에 도포되고, 상기 표면에 도포되는 상기 층(9)의 두께(D9)는 10 nm 내지 5.0 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항에 있어서,
상기 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반대쪽에 있는 상기 지지부(1)의 측면(B) 상에 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 상기 층(9)은, 25 ℃에서 최대 2.7 * 10-2 Ωmm2/m, 바람직하게는 최대 1.8 * 10-2 Ωmm2/m의 고유 전기 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 산화 알루미늄으로 이루어진 중간층(2)은 10 nm 내지 100 nm 범위의 두께(D2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄으로 이루어진 지지부(1)와, 상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9) 사이에는, 전이 금속, 특히 티타늄, 크롬 또는 니켈로 이루어진 접착 중간 층(10)이 배치되는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9)은, 특히 0.1 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.2 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 범위의 두께(D9)를 갖는 구리 층인 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9)은, 특히 10 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 250 nm 범위의 두께(D9)를 갖는 은 층인 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9) 상에는, 바람직하게는 Ag, Ni, Pd 및/또는 Au로 이루어지고 10 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 250 nm 범위의 두께를 포함하는 패시베이션 층이 적층되는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9)으로서 그리고/또는 그 위에 위치되는 패시베이션 층으로서 그리고/또는 상기 반사 증폭 광학 활성 다층 시스템(3)의 반사층(6)으로서 은 층이 합금되고, 합금 원소(들)로서 하나 이상의 희토류 원소 및/또는 팔라듐, 백금, 금, 구리, 인듐, 티타늄, 주석 및/또는 몰리브덴을 함유하는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층(2) 위에 배치되는 층들(4, 5, 6, 7), 특히 상기 반사 증폭 광학 다층 시스템(3) 중 하나 이상, 및 상기 표면에 도포되는 금속 또는 금속 합금의 층(9) 및/또는 상기 패시베이션 층은 스퍼터링 층, 특히 반응성 스퍼터링을 통해 생성된 층, CVD 또는 PECVD 층 또는 증착에 의해, 특히 전자 충격 처리에 의해 또는 열원으로부터 생성된 층들인 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지부(1)의 알루미늄은 99.0%보다 더 높은 순도를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지부(1)는 0.1 mm 내지 1.5 mm, 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.8 mm의 두께(D1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
DIN 5036, 파트 3(11/79 발행)에 따라 결정된 상기 반사 증폭 광학 다층 시스템(3)의 측면(A) 상의 광 전반사율은 97 % 초과, 바람직하게는 적어도 98 %인 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
표면 장착 부품(SMD)을 위한 프레임 지지 구조체(LF)로서 형성되고, 상기 프레임 지지 구조체(LF)는 특히 평면에서 볼 때 H 형태를 갖고, 상기 H 형태의 크로스바(Q)가 핑거(F)로 형성된 시트들 사이에 바람직하게는 비스듬히 연장되며, 상기 프레임 지지 구조체(LF)는 바람직하게는 스탬핑 및/또는 벤딩 부분으로서 또는 레이저 절단에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제13항에 있어서,
웨브를 통해 복수의 프레임 지지 구조체(LF)가 행 및 열 요소로서 필드 구성으로 결합되는 밴드 형상 기판 형태의 프레임 장치 설계로서 형성되는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
최대 1600 mm, 바람직하게는 1250 mm의 폭을 갖는 코일로서 형성되는 것을 특징으로 하는 반사성 복합 재료(V). - 전자 부품(SMD)을 위한 프레임 지지 구조체(LF)를 형성하는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 반사성 복합 재료(V)를 포함하는 발광 장치(LV)에 있어서,
상기 전자 부품(SMD)은 상기 프레임 지지 구조체(LF) 상의 상측면(A) 상에 위치되어 고정되며, 그리고 별도의 와이어(D)에 의해 상기 프레임 지지 구조체(LF)와 전기적으로 접촉되고, 상기 전자 부품(SMD)과 상기 프레임 지지 구조체(LF)로 이루어진 복합체는 하측면(B) 상에서 인쇄 회로 기판(PCB)에 전기 전도성으로 재료 결합 방식으로 연결되는 것인, 발광 장치(LV). - 제16항에 있어서,
상기 프레임 지지 구조체(LF)는 주석 함유 납땜 층(L)을 통해 상기 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치(LV). - 제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 전자 부품(SMD)은 칩(DIE)으로 형성된 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 발광 장치(LV).
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