WO2016142267A1 - Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer optoelektronischen vorrichtung - Google Patents

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Thomas Reeswinkel
Gudrun Lindberg
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic device and a method for producing an optoelectronic device.
  • Optoelectronic devices often have components of silicones on their surfaces that can be sticky. Since high tackiness or high adhesion, for example to particles from the environment, can lead to a large number of production problems, but also in the operation of optoelectronic devices, it is desirable to increase the tackiness of the silicone outer surfaces of optoelectronic devices reduce.
  • harder silicones can only be used in certain manufacturing processes. For many production methods, for example those in which bonding wires are used in the optoelectronic device, harder silicones can not be used or can lead to other problems.
  • AdPS ⁇ sion provides a sealing of the surface with silicone non-adhesive polymers to glassy layers by means of active deposition by a plasma process.
  • the starting material used here is the monomer hexamethyldisiloxane (HMDSO) or similar monomers (for example with other alkyl groups instead of the methyl group).
  • HMDSO monomer hexamethyldisiloxane
  • metal shell surfaces for example, lead frame
  • Silberoberflä ⁇ Chen oxidize, discolor characterized and in particular their electrical contact or process-technical further processing (bonding, soldering) difficult.
  • the invention is achieved by an optoelectronic device according to claim 1. Further refinements of the optoelectronic device and a method for producing an optoelectronic device with low tackiness are the subject matter of further claims.
  • the invention according to the main claim 1 is an opto-electronic device comprising at least one
  • Adhesion stands for stickiness, in particular for the inclination of the silicone outer surface to the adhesion of particles from the environment.
  • particles may be, for example, particles as they are often found in large-scale manufacturing processes.
  • it may be metal dusts or metal chips (eg with an average particle size of about 10-50 ym), ceramic dusts (eg with a mean particle size of a few micrometers) or separated silicone particles.
  • the adhesion to particle adhesion can be determined experimentally by means of a particle adhesion test.
  • the test particles In the P microadPSsionstest the tested silicone ⁇ surface is pressed, the test particles with the same intensity in each case comprising in a vessel.
  • the Sili ⁇ konober Assembly can also be sprinkled.
  • the surface is completely covered with particles and the sample and the reference sample are treated identically.
  • the test particles can be, for example, chips to metal or act powders or other particles or particle mixtures, with which the expected pollution nachge ⁇ represents may be (in terms of size, shape and material). For particle adhesion tests, a large number of possible particles is thus conceivable.
  • a particulate mixture of finely-ground ge ⁇ saline and pepper particles (6C Figures 6A, 6B) was used for Pumbleanhaftungstests.
  • the inventors of the present invention have observed that with finely ground salt and pepper particles having an average particle size of about 5 to 500 ⁇ m, the particle adhesion to silicone surfaces can be simulated in a simple manner. After contacting with the particles, the silicone surface is blown off with air or nitrogen, removing loose particles while leaving adhesive particles on the surface.
  • the tack properties of optoelectronic devices comprising silicones on at least one of their outer surfaces can be influenced by the attachment of chemical compounds.
  • the anchor ⁇ group is thus bound to the silicone surface, while the head group is directed to the outside of the silicone or device surface away.
  • Optoelectronic devices are important components of many products. When Her ⁇ position of these products can be fitted with or incorporation of optoelectronic devices is a key step. As seen optoelectronic devices of the present invention have a significantly lower tack on ⁇ , also these processes can be simplified. In particular, the placement of products with less personnel, less waste and overall higher degree of automation can be done. Thus, the present invention result laubt not only a reduction of the expense of the pro ⁇ production and packaging of optoelectronic devices themselves, but also production processes in which the optoelectronic devices be installed, can be so much more efficient.
  • the inventors have also found that in erfindungsge ⁇ MAESSEN optoelectronic devices unwanted adhesion of particles from the environment is significantly reduced. This affects both the manufacturing process, as well as the subsequent operation.
  • Particle adhesions undesirably affect the properties of optoelectronic devices.
  • it may optoelectrochemical ⁇ African devices by retained particulate are used in radiation-emitting to a change in the emission characteristics. If it is for example in the optoelectronic device is a light emitting diode (LED), a rela Particle Adherence ⁇ hung as may result adhesion of particles to ambient brightness losses. Conversely, in the case of photosensitive devices, particulate adhesion can reduce sensitivity.
  • a Particle Adherence is significantly reduced by the novel optoelectronic devices, which can have a positive impact on the efficiency and service life Le ⁇ the optoelectronic device.
  • the inventors have also recognized that leave optoelectronic devices of the invention easily make manufacturing than conventional optoelectronic Vorrichtun ⁇ gen as a selective by the use of chemical compounds with anchor and head groups, the connection to the silicon surface is performed with the anchor group Connection to surface areas of the optoelectronic device having silicones can be made possible. In this way it may be possible to avoid a coating, for example of metal contacts, such as silver contacts. An elaborate subsequent exposure of the contacts, which must be electrically conductive, can thus be avoided.
  • the optoelectronic devices according to the invention are thus easier to manufacture, because the adhesion-reducing coating can be controlled.
  • a number of developments of the optoelectronic device according to the invention are presented below.
  • a particularly preferred embodiment of the invention shown SEN optoelectronic device is characterized in that the groups attached to the silicon by means of anchor groups chemical compounds form a monomolecular layer. So it does not come to the formation of several superimposed layers on the silicone surface.
  • the inventors of the present optoelectronic device have recognized that in this way particularly thin layers of a few nanometers, for example less than 100 nm, in particular less than 50 nm, preferably less than 10 nm, more preferably less than 5 nm, and particularly preferably less than 3 nm are possible.
  • the adhesion to particle adhesion can be significantly reduced. So the desired effect can be with a small Ma ⁇ terialroot reach.
  • Layer thicknesses can reduce the adhesion-reducing effect in some cases. It may therefore be preferred, for example, if a layer thickness of, for example, 0.5 nm is not exceeded .
  • Another development of the optoelectronic device according to the invention is characterized by the fact that the chemical compounds bound to the silicone with the anchor group form a self-assembling monolayer (SAM: self-assembling monolayer).
  • SAM self-assembling monolayer
  • a self-assembling monolayer can be used to create a layer that shields the sticky silicone surface.
  • a head group which is a linear or branched alkyl group, which may in particular also be fluorinated.
  • the chemical compounds can be arranged particularly compactly on the silicone surface. Depending kom ⁇ more compact arrangement of the chemical compounds, the clearer the adhesion can be reduced to ambient particles eg.
  • compact SAMs can be produced particularly well with linear alkyl groups or linear fluorinated alkyl groups. Fluorinated head groups lead to a particularly significant reduction of the adhesion, which is also the case in particle adhesion tests of the present invention. was occupied. In addition, fluorinated groups have the effect that they lead to a reduction of friction coeffi ⁇ cient. Coefficients of friction represent a measure of the sliding and in particular static friction and thus also reflect adhesion or adhesion properties.
  • fluorinated head groups allow a reduction in the coefficient of friction, that is to say a reduction in the adhesion of the optoelectronic devices according to the invention. Fluorinated head groups can also reduce soiling of various kinds due to their high both hydrophobic and oleophobic properties. In some cases, even a self-cleaning effect may be possible because liquid droplets may bead on layers comprising fluorinated head groups and thereby additionally wash off particles.
  • alkyl groups or fluorinated alkyl groups are always meant groups in particular having a chain length of Ci to Cioo, preferably Ci to C 5 o, more preferably Ci to C20, particularly prefers Ci to C 10 .
  • Further preferred chain lengths are, for example, chain lengths in the range of C2 to C2 0 and C2 to C 1 0 and C3 to C20 and C3 to C 1 0.
  • the inventors of the optoelectronic device according to the invention have recognized that even short alkyl groups, be short fluorinated alkyl groups can achieve the desired effect of reducing particle adhesion.
  • the shorter the alkyl groups the thinner the layer that forms.
  • the thinner the layer the less the other desired properties of the silicone are affected.
  • the chain length of the alkyl groups or fluorinated alkyl group may be greater than or equal to C 2 , in particular greater than or equal to C 3 , so that the adhesion-reducing effect can be fully utilized.
  • Alkyl group in particular a perfluorinated alkyl group.
  • the inventors of the present invention have recognized that the adhesion is particularly significantly reduced by the use of head groups comprising fluorinated alkyl groups.
  • the inventors have found that the reduced copy ⁇ tion of adhesion is more pronounced, the higher the degree of fluorination of the alkyl group. Consequently, the adhesion is particularly reduced when the alkyl group is an alkyl group containing many F atoms. Most preferred are perfluorinated
  • Alkyl groups as head groups.
  • inven- tion is a linear fluorinated insbeson ⁇ particular a linear perfluorinated alkyl group.
  • the head group may be fluorinated, especially perfluorinated, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl ,
  • the anchor group of the chemical compounds is bound to the silicone by a covalent bond. So it's a directional bond.
  • the chemical compounds are thus bound by chemisorption to the silicone surface. Such a connection is particularly stable.
  • the anchor group of the chemical compounds is bound by a covalent bond to chemically active centers of the silicone surface.
  • chemically active sites may be doing to functional groups on the silicon surface which to ⁇ due to their chemical nature suitable to the anchor group of the chemical compounds forming covalent bonds.
  • the nature of the chemically active centers on the silicone surface can be influenced by various types of pretreatment of the silicone.
  • various plasma treatments are conceivable.
  • different types of gases or gas mixtures can be used.
  • wet-chemical pretreatments are conceivable. But it is also possible in principle to NEN active surface centers of the silicone without pretreatment.
  • the anchor group may be an electrophile and the active surface center on the silicone surface may be a nucleophile and vice versa.
  • Typical active surface centers on the silicone surface may be, for example, silicone surface OH, silicone surface OOH, but also silicone surface R c -COOH, where R c is a hydrocarbon radical, for example a methylene radical.
  • the anchor group of the chemical compounds is a group selected from one of the following groups:
  • radicals Xi to X 3 are independently selected from the group comprising -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
  • radicals Xi to X 3 may be -H or Ri, wherein Ri is an alkyl, and X4 is selected from the group comprising -Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiXiX 2 X 3
  • X5, Xe are independently selected from the group comprising
  • X7 is selected from the group comprising
  • R 1 is a short-chain alkyl radical, for example an alkyl radical of chain length C 1 to C 7. Particularly preferred are methyl, ethyl, propyl, butyl and pentyl. Most preferred are methyl and ethyl.
  • connection point to which the head group can be bound.
  • a middle group can join at this point, which in turn can be arranged between the anchor group and the head group.
  • anchor groups is e.g. a connection to the silicone surface to form acid esters (for example, carboxylic acid esters, sulfonic acid esters, etc.) but also to form urea derivatives or urethane bonds possible.
  • acid esters for example, carboxylic acid esters, sulfonic acid esters, etc.
  • the head group is an at least partially fluorinated linear or branched alkyl group
  • anchor group of the chemical compounds is selected from one of the following groups:
  • radicals Xi to X 3 are independently selected from the group comprising -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
  • radicals Xi to X 3 may be -H or Ri, wherein Ri is an alkyl, and
  • X4 is selected from the group comprising
  • X5, Xe are independently selected from the group comprising
  • X7 is selected from the group comprising
  • the anchor group is a group of the following general ⁇ my formula: X 1
  • radicals Xi to X 3 are independently selected from the group comprising -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
  • radicals Xi to X 3 may be -H or Ri, wherein Ri is an alkyl.
  • Such a silyl anchor By using such a silyl anchor, a strong attachment of the chemical compound to the silicone surface can be achieved.
  • Such anchor groups form in particular stable covalent bonds with the already mentioned hydroxy groups or hydroperoxy groups (silicone surface OH, silicone surface OOH) as chemically active surface centers.
  • a covalent bond is not only formed between the silyl anchor and the silicone surface, but also depending on the choice of the radicals X 1 -X3 covalent bonds between the anchor groups of adjacent chemical compounds can be formed, whereby an even more stable Anchoring can be achieved. This is especially possible when two or all three of the radicals X 1 -X 3 are selected from Cl, -Br, -I, -OH, -ORi.
  • nucleophilic groups for example amino groups, for example -H 2
  • anchor groups are also possible for the anchor groups.
  • the central group may be directly covalently linked to the anchor group on one hand and to the head group on ⁇ other hand.
  • a sour ⁇ substance or a sulfur atom or another bridge atom is, via which the connection is made. The same applies to the bond between the middle group and the head group.
  • a head group a strongly fluorinated alkyl radical (eg, an alkyl radical in which more than 50% of the H atoms by F atoms, preferably more than 75% of the H atoms by F- are replaced atoms), in particular a perfluorinated to use Al ⁇ kylrest, while it is sufficient for with ⁇ telelle to use conventional alkyl fluorination without or with only partial fluorination.
  • the middle group also has perfluorinated alkyl radicals.
  • the middle group is selected from the group consisting of linear alkyls, linear fluorinated alkyls, polyethylene glycol, polyethylenediamine, siloxanes and silanes.
  • the central group comprises before ⁇ Trains t between 1 and 100 carbon atoms or silicon atoms in the backbone of the middle group, in particular between 1 and 50, more preferably between 1 and 20, more preferably between 1 and 10, and most preferably between 1 and 5 carbon atoms or Silicon atoms on.
  • the optoelectronic device is designed as a radiation-emitting optoelectronic device, in particular as a light-emitting diode.
  • a different development of the optoelectronic device according to the invention is configured as a photodetector. Since transparency and radiation transmission entspre ⁇ -reaching silicones is hardly or not influenced by controlling the thickness of the connected che ⁇ mix compounds that make up more than a monolayer film of ⁇ , the present optoelectronic devices of the invention are also suitable for use in the beam path of radiation-emitting devices , In particular, radiation-emitting devices are affected by particle buildup, since their emission characteristics and brightness can be adversely affected by particle adhesion. Adhesion reduction can therefore positively impact performance, reliability, and in some cases even lifetime. In another development, the silicone is the outer one
  • part of an encapsulation material part of a Ver ⁇ casting material, for example, a radiation-transmissive lens or part of an outer, so located on the outer surface of the optoelectronic device wavelength conversion layer.
  • Another embodiment of the optoelectronic device according to the invention is dimethylsiloxane-based elastomers, in particular silicones based on dimethylsiloxane or partially phenylated dimethylsiloxane.
  • the invention further relates to a method for producing an optoelectronic device comprising the method steps:
  • Head groups of the chemical compounds is reduced.
  • the inventors of the present invention have observed that such a method makes it possible to reduce the stickiness ie particle adhesion or the coefficient of friction of optoelectronic components without at the same time coating any metal contacts present (eg contacts of the leadframe). This facilitates the further machining ⁇ processing of the optoelectronic device significantly since the metal contacts have to be exposed not only prior to soldering or bonding, so for the electrical contact.
  • extremely thin and well-controlled layer thicknesses are achieved in the method according to the invention, even in the case of an undesirable coating usually be exposed to exposure of the contacts, since the layer thicknesses are sufficiently thin so as not to adversely affect the electrical properties influence.
  • the process is characterized by low technical complexity and lower costs compared to conventional methods.
  • a preferred embodiment relates to the inventive method, wherein in step C) a covalent bond between see the anchor group and the silicone surface is formed. Covalent bonds allow a directed and special ⁇ DERS stable attachment of the chemical compounds.
  • a preferred further relates to method of the invention, wherein the outer surface is subjected to a pretreatment prior to the method step ⁇ C).
  • pretreatment is meant a surface treatment or surface functionalization.
  • the type of treatment is to the type of sub ⁇ base materials, so the properties of the silicone ⁇ fit, as well as the nature of the anchor group of the chemical compound.
  • Examples of pretreatments may be UV radiation or plasma treatment.
  • UV radiation and / or plasma treatment can break chemical bonds on the surface of the silicone and create highly reactive or metastable groups such as radicals or hydroperoxides. They increase the reac ⁇ tivity of the silicone surface and can either react even with the anchor function of the chemical compounds or functional groups on the silicone surface (eg
  • Another development of the invention relates to a method according to the invention, wherein the outer surface is pretreated with a plasma prior to method step C).
  • Be ⁇ Sonder highly suitable plasmas are, for example, Sau ⁇ erstoff plasma, argon plasma and NH3 plasma or plasma from mixtures of these gases. But other common plasma treatment can be used.
  • the inventors of the present invention have found that by using an oxygen plasma, the density of the chemically active surface centers on the silicone surface, in particular silicone surface OH and silicon surface OOH, but also silicone surface R c -COOH (where R c is a
  • Alkyl group eg methylene is "silicone surface OH" stands for hydroxy groups bound to the silicone surface; this applies analogously to the other groups described) can be significantly increased. Las on this way much sen more chemical compounds bind to the silicon surface, resulting in a stronger Adphasesminde ⁇ tion.
  • nitrogen-containing surface centers can be produced, for example, the previously mentioned centers, silicone surface NY 2 .
  • Such centers are suitable, for example, for linking anchor groups based on isocyanates.
  • non-oxidizing plasmas come Ver ⁇ the method step C) in the pretreatment used.
  • the inventors of the present invention have recognized that the process according to the invention can increase the density of the active surface chemical sites of the silicone surface even without oxidizing plasmas.
  • Suitable examples are plasmas of hydrogen or mixtures of hydrogen and Ar ⁇ gon.
  • Inert gas plasmas can also be used.
  • special plasmas of noble gases such as argon plasma or helium plasma are particularly preferred since they allow an efficient Akti ⁇ vation without undesirable oxidation of electrical contacts, as they may be present in the optoelectronic Vorrich- device.
  • silver contacts or other metal contacts that can be even easier than silver oxidizes, thus in particular metals with a ge ⁇ ringeren standard reduction potential than silver, are treated with the ER inventive method without a
  • Oxidation occurs.
  • the processing of the optoelectronic device according to the invention is substantially facilitated because problems due to oxidized metal contacts such as oxidized silver contacts can be avoided.
  • the use of metals that are less noble than gold can be made possible in this way.
  • the use of less noble metals leads to a significant cost savings.
  • the reac tion ⁇ takes place in the method step C) by means of dip coating or spray coating.
  • the inventors have recognized that a reaction by process step C) in the context of a dip or spray coating leads to a reliable film formation and thus to a reduction in the adhesion. At the same time, both methods are suitable for use on an industrial scale. Especially for hard-to-evaporate chemical compounds are to be preferred to dip and spray coating.
  • the method according according to the reac ⁇ tion is carried out in method step C) by means of deposition from the gas phase, in particular with ⁇ means of chemical vapor deposition (CVD, "Chemical Vapor Deposition”).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • the deposition from the gas phase is suitable for the deposition in the gas phase without Zerset ⁇ wetting that can be converted chemical compounds and is particularly suitable for the industrial scale. It allows a quick and cost-effective production.
  • FIGS. 1A and 1B each show a schematic side view of a preferred embodiment of an optoelectronic device (1) according to the invention.
  • the device shown is in each case a light-emitting diode, comprising a radiation-emitting optoelectronic ⁇ African semiconductor (50), which can be contacted via wires (bond wires) (40) to conductive housing components (70) (lead frames).
  • the device has a silicone (20), which can form, for example, the encapsulation of the component.
  • the silicone can be introduced, for example, as a potting. Also a multistage silicone encapsulation is possible.
  • the silicone may also contain fillers such as dyes.
  • wel ⁇ leninkonversionsstoffe that allow a conversion of shorter-wave primary radiation in ⁇ a longer wavelength secondary radiation may contain in the silicone as a filler be.
  • the silicone can also be free of fillers.
  • further components of the optoelectronic device comprise silicone.
  • the device may comprise housing components, which may also include silicone.
  • the optoelectronic device has at least one outer surface with a silicone (2).
  • the Vergusssilikon (20) has a surface on an outer side of the optoelectronic device (2). Shown are an upper surface (2a) and lateral surfaces (2b).
  • Devices of the invention are characterized by a layer (30) from said chemical compounds that have an anchor group and a head group on ⁇ , wherein the anchor group is bonded to the silicone outer surface.
  • the head group ensures a reduction in the adhesion or stickiness of the outer surface of the optoelectronic device according to the invention.
  • the layer (30) may be applied to only one or at least one surface, eg the upper surface (2a). But it is also possible that several surfaces are covered with the layer (30). For example, the upper surface (2a) and one or all soober ⁇ surfaces (2b) with the layer (30) to be covered.
  • Figure 1B shows an optoelectronic device in which all the Si ⁇ likonau combined (2) the upper surface (2a) and all of the side surfaces (2b) with the layer adhäsionsvermindernden
  • FIG. 2 schematically shows production steps for producing an optoelectronic device (1) according to FIG. 1A.
  • Shown are the thus initially not yet singulated unseparated optoelectronic devices, for example comprising radiation-emitting optoelectronic semiconducting ⁇ ter (50) via wires (bonding wires) (40) to conductive housing components (70) (lead frame) contacts be Kgs ⁇ nen ,
  • the non-isolated optoelectronic devices may be mounted on a temporary substrate or carrier (60). This may be, for example, a peelable film.
  • the silicone material (20) of the optoelectronic devices advantages can be introduced as a casting and has at least ⁇ an outer surface (2).
  • the non-isolated optoelectronic devices having a layer (30) can be coated.
  • the optoelectronic devices can be separated, ie separated from one another. This can be done for example by a separation from the temporary substrate (60).
  • an opto ⁇ electronic device according to Figure 1A is obtained.
  • Such optoelectronic devices have silicone outer surfaces on the sides which are not coated. However, since these side surfaces frequently undergo a certain roughening during separation, ie separation of the optoelectronic devices, their tackiness is generally already reduced.
  • the method presented here offers the advantage of a lower technical outlay compared to methods in which all side surfaces are coated (see FIG. 3).
  • FIG. 3 schematically shows production steps for producing an optoelectronic device (1) according to FIG. 1B.
  • the separation ie separation of the optoelectronic devices.
  • the bonding of the chemical compounds ie separation of the optoelectronic devices.
  • a coating (30) is also shown here by way of example before the singulation or separation of the individual optoelectronic devices.
  • FIG. 5 shows on the left a hydroxyl group, as an example of a chemically active surface center, and an example of a chemical compound for attachment to the silicone surface.
  • the latter has a silyl anchor group, a CH 2 CH 2 group, as a middle group, and a (CF 2 ) 7 CF 3 group, as a head ⁇ group, on.
  • the anchor group reacts with the hydroxy group on the silicone surface.
  • the chemical compounds of the optoelectronic device according to the invention may together form a coating or film (30). Due to the directed connection via covalent bonds to the silicone surface by means of chemisorption no multiple ⁇ layering (multilayer) takes place, but it is at most a single coverage so a monolayer achieved. The inventors have recognized that it is for a significant reduction of
  • Figures 6A, 6B and 6C show photographs of particle adhesion tests on differently treated silicone outer surfaces.
  • Image 6A shows particle adhesion to an untreated, conventional silicone surface.
  • the photograph 6B shows the particle adhesion to silicone outer surfaces, according to the present invention, wherein chemical see compounds comprising an anchor group (3) and a head group (4), are anchored to the anchor group to the silicone for the purpose of reducing the adhesion or stickiness. It is therefore on the silicone surfaces of the recordings 6B, a chemical compound according to the invention of the aforementioned type according to the invention.
  • the silicone surface was not additionally pretreated before the chemical compounds were attached, that is, they were not subjected to plasma or UV treatment. Nevertheless, compared to recording 6A is already a much lower
  • Figure 6C shows a silicone surface according to the invention comprising the same chemical compounds as the silicon surface of pick-up 6B, with the difference that the surface of the silicone was additionally subjected to a pretreatment prior to reaction with the chemical compounds.
  • an argon plasma treatment was performed.
  • the Sili ⁇ konober Diagram which was further treated with a plasma prior to attachment of the chemical compounds, an even lower number of particles than the surface without plasma treatment (recording 6B).
  • the stickiness or particle adhesion is therefore even more reduced with additional pretreatment, which can be explained by the introduction of additional chemically active surface centers, for example hydroxyl groups during the pretreatment, which can act as further points of attachment for the anchor groups of the chemical compounds.
  • silicones is thermally curable, addition-two-component silicones ( "2K-silicones") based on dimethyl siloxane.
  • the Plasma adaptationszei ⁇ th possibility depending on the type of to be treated surface and plasma vary Plant. in vorlie ⁇ constricting case, a plasma treatment of 10 to 90 seconds proved to be sufficient, and even longer Plasmabehand ⁇ development times are possible. following the Plasmabehand ⁇ development (in this example, within 30 minutes) ER followed by the Coating by immersion in a coating solution The immersion process was about 30 seconds
  • An example of a coating solution that is particularly suitable is a solution in this case
  • 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane as a chemical compound can act as an anchor group as shown in Figure 5, the tri- chlorosilane while a fluorinated alkyl per ⁇ serves as head group.
  • befin ⁇ det an ethylene-agent group.
  • an alcoholic solution of said chemical compound may be used, but other common solvents may be used.
  • the surface treatment was carried out in the same way but without plasma pretreatment for the silicone surfaces for which particle adhesion tests are shown in Figure 6B. In both cases, following immersion in the coating solution, the sample was heated to about 125 ° C. for 5 minutes. In this step, the chemical compounds are attached to the silicone surface.
  • the surfaces were rinsed with isopropanol to remove excess, not bound ⁇ nes material. Thereafter, the samples were dried, which can be done for example in an air stream. During the coating process, make sure that the surface to be coated is completely immersed in the Beschich ⁇ processing solution.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather includes the inventions-making any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or ⁇ se combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird eine optoelektronische Vorrichtung (1) aufweisend zumindest eine Außenoberfläche (2) mit einem Silikon (20) angegeben, wobei chemische Verbindungen, umfassend eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4), mit der Ankergruppe an das Silikon gebunden sind,und wobei die Adhäsion der auf der Außenoberfläche befindlichen Bereiche des Silikons (2) durch die Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung . Optoelektronische Vorrichtungen weisen an ihren Oberflächen häufig Komponenten aus Silikonen auf, die klebrig sein können. Da eine hohe Klebrigkeit bzw. eine hohe Adhäsion, etwa gegenüber Partikeln aus der Umgebung, zu einer Vielzahl von Problemen bei der Fertigung, aber auch im Betrieb von opto- elektronischen Vorrichtungen führen kann, ist es wünschenswert, die Klebrigkeit der Silikonaußenflächen von optoelektronischen Vorrichtungen zu verringern.
In herkömmlichen optoelektronischen Vorrichtungen wird dieses Problem oftmals durch die Verwendung härterer Silikone umgangen, die in manchen Fällen weniger klebrig sind. Dies schränkt jedoch das Spektrum möglicher verwendbarer Silikone deutlich ein. Zudem stellt auch eine erhöhte Härte keine Garantie für eine ausreichend geringe Klebrigkeit dar.
Außerdem können härtere Silikone nur bei bestimmten Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Für viele Herstellungsverfahren, zum Beispiel solche, bei welchen Bonddrähte in der optoelektronischen Vorrichtung zum Einsatz kommen, sind härtere Silikone nicht einsetzbar bzw. können zu anderen Proble- men führen.
Eine Möglichkeit zur Verringerung der Klebrigkeit bzw. Adhä¬ sion stellt eine Versiegelung der Silikonoberfläche mit nichtklebenden polymeren bis glasartigen Schichten mittels aktiver Abscheidung durch ein Plasmaverfahren dar. Als Ausgangsmaterial findet hier das Monomer Hexamethyldisiloxan (HMDSO) oder ähnliche Monomere (z.B. mit anderen Alkylgruppen anstelle der Methylgruppe) Verwendung. Das für dieses Verfah¬ ren erforderliche oxidierende Plasma kann jedoch Metallober¬ flächen (z.B. für Leadframes) , zum Beispiel Silberoberflä¬ chen, oxidieren, dadurch verfärben und insbesondere deren elektrische Kontaktierung oder prozesstechnische Weiterverar- beitung (Bonden, Löten) erschweren. Häufig führt dieses Verfahren auch direkt zu einer unerwünschten Beschichtung der elektrischen Kontaktstellen mit dem abgeschiedenen polymeren bis glasartigen Material, da die Beschichtung häufig nicht auf die Oberflächenbereiche mit Silikon beschränkt werden kann. Auch kommt es zur Ausbildung von Multilagen und damit zum Teil dicken oder nur schwer in ihren Dicken kontrollierbaren Schichten. Eine genau definierte Schichtdicke ist jedoch von entscheidender Bedeutung für die Qualität optoelektronischer Vorrichtungen und beeinflusst insbesondere deren Transparenz und Färbung. Unnötig dicke oder in ihren Dicken variierende Beschichtungen können ein unerwünschtes, trübes oder gar „milchiges" Erscheinungsbild der optoelektro¬ nischen Vorrichtung zur Folge haben. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optoelektronische Vorrichtung anzugeben, die eine geringere Klebrigkeit auf¬ weist. Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische Vor¬ richtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der optoelektronischen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Her- Stellung einer optoelektronischen Vorrichtung mit geringer Klebrigkeit sind Gegenstand weiterer Ansprüche. Gegenstand der Erfindung nach dem Hauptanspruch 1 ist eine optoelektronische Vorrichtung aufweisend zumindest eine
Außenoberfläche mit einem Silikon, wobei chemische Verbindun¬ gen, umfassend eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe, mit der Ankergruppe an das Silikon gebunden sind, und wobei die Adhä¬ sion der auf der Außenoberfläche befindlichen Bereiche des Silikons durch die Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert ist. Adhäsion steht hierbei für Klebrigkeit, insbesondere für die Neigung der Silikon aufweisenden Außenoberfläche zur Anhaf- tung von Partikeln aus der Umgebung. Hierbei kann es sich z.B. um Partikel handeln wie sie bei großtechnischen Fertigungsprozessen häufig vorzufinden sind. Beispielsweise kann es sich um Metallstäube oder Metallspäne (z.B. mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 10-50 ym) , keramische Stäube (z.B. mit einer mittleren Partikelgröße von einigen Mikrometern) oder abgetrennte Silikonpartikel handeln. Viele dieser Partikel fallen beim Produktionsprozess der optoelektro- nischen Vorrichtung z.B. bei Säge- oder Trennschritten an. So werden bei der Herstellung optoelektronischer Vorrichtungen z.B. Substrate oder andere Bauteile gesägt oder auf sonstige Weise getrennt, wobei z.B. sägemehlartige Staubpartikel an¬ fallen. Zu den im Zuge des Produktionsprozesses anfallenden Partikeln kommen noch andere Umgebungspartikel hinzu (z.B. normaler Staub und sonstige Verunreinigungen) . Typische Partikelgrößen liegen dabei meist im Mikrometerbereich. Eine An- haftung an Silikonoberflächen von optoelektronischen Vorrichtungen kann zudem nicht nur bei der Fertigung der Vorrichtung selbst erfolgen sondern auch später in der Anwendung. Die Art der Partikel oder möglichen sonstigen Verunreinigungen ist folglich teilweise auch vom späteren Einsatzort der optoelektronischen Vorrichtung abhängig. Die Adhäsion bzw. Neigung zur Partikelanhaftung lässt sich experimentell mittels eines Partikeladhäsionstests bestimmen. Bei dem Partikeladhäsionstest wird die zu testende Silikon¬ oberfläche jeweils in ein Gefäß aufweisend die Testpartikel mit gleicher Intensität gedrückt. Alternativ kann die Sili¬ konoberfläche auch bestreut werden. Entscheidend ist jeweils, dass die Oberfläche vollständig mit Partikeln bedeckt ist und Probe sowie Referenzprobe jeweils identisch behandelt werden. Bei den Testpartikeln kann es sich beispielsweise um Metall- späne oder -pulver handeln oder um andere Partikel bzw. Partikelgemische, mit denen die erwartete Verschmutzung nachge¬ stellt werden kann (hinsichtlich Größe, Form und Material) . Für Partikelanhaftungstests ist somit eine Vielzahl möglicher Partikel denkbar. Im Falle der vorliegenden Erfindung wurde für Partikelanhaftungstests ein Partikelgemisch aus fein ge¬ mahlenen Kochsalz- und Pfefferpartikeln verwendet (Figuren 6A, 6B, 6C) . Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, dass sich mit fein gemahlenen Kochsalz- und Pfefferpartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 5 bis 500 ym die Partikelanhaftung an Silikonoberflächen auf einfachem Wege simulieren lässt. Nach der Kontaktierung mit den Partikeln wird die Silikonoberfläche mit Luft oder Stickstoff abgeblasen, wobei lose aufliegende Partikel entfernt werden, während klebende Partikel auf der Oberfläche verbleiben.
Hierzu wurde in den Partikelanhaftungstests typischerweise ein Luft- oder Stickstoffström mit ca. 1,5 bar Druck verwendet, jedoch sind auch andere Verfahren oder Drücke (z.B. in einem Bereich zwischen 1 und 5 bar) denkbar um vergleichende Tests an unterschiedlichen Silikonoberflächen mit guter Re- produzierbarkeit zu ermöglichen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass sich die Klebrigkeitseigenschaften von optoelektronischen Vorrichtungen umfassend Silikone an zumindest einer ihrer Außenflächen durch die Anbindung chemischer Verbindungen be- einflussen lassen. Hierfür eignen sich insbesondere chemische Verbindungen, die eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe umfas¬ sen, wobei die Kopfgruppe Eigenschaften aufweist, welche eine Verminderung der Adhäsion also Klebrigkeit ermöglichen, während durch die Ankergruppe die Anbindung der chemischen Ver- bindungen an die Oberfläche des Silikons erfolgt. Die Anker¬ gruppe ist also an die Silikonoberfläche gebunden, während die Kopfgruppe nach Außen also von der Silikon- bzw. Vorrichtungsoberfläche weg gerichtet ist. Durch eine dergestalt mo¬ difizierte Außenoberfläche des Silikons kann die Klebrigkeit bzw. Adhäsion der Silikonoberfläche und damit der optoelekt¬ ronischen Vorrichtung deutlich verringert werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass auf diese Weise die Fertigung und die Verpackung von optoelektronischen Vorrichtungen deutlich erleichtert werden kann. Während herkömmliche optoelektronische Vorrichtungen umfassend klebrige Silikonoberflächen häufig beim Herstel- lungsprozess miteinander verkleben oder an bei der Fertigung zum Einsatz kommenden Geräten anhaften, sind derartige Prob- lerne bei erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen deutlich verringert. So kommt es zum Beispiel bei erfindungs¬ gemäßen optoelektronischen Vorrichtungen deutlich seltener zu einem Anhaften an bei der Herstellung verwendeten Fördereinrichtungen wie etwa Rüttelförderern, Sortern oder Tapern. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung des Ausschusses bei der Produktion und somit zu einer Reduzierung der Produktionskosten. Entscheidend für die Verringerung der Kosten für die Produktion und Verpackung der erfindungsgemäßen opto- elektronischen Vorrichtungen ist dabei auch, dass aufgrund der verringerten Adhäsion beziehungsweise Klebrigkeit ein manuelles Eingreifen deutlich seltener erforderlich ist. Die erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen lassen sich somit nicht nur mit weniger Ausschuss, sondern auch mit einem geringeren Aufwand an Personal herstellen und verpacken .
Diese Vorteile betreffen auch die weitere Verwendung der optoelektronischen Vorrichtung. Optoelektronische Vorrichtungen sind wichtige Bestandteile vieler Produkte. Bei der Her¬ stellung dieser Produkte ist eine Bestückung mit bzw. der Einbau von optoelektronischen Vorrichtungen ein zentraler Verfahrensschritt. Da die erfindungsgemäßen optoelektroni- sehen Vorrichtungen eine deutlich geringere Klebrigkeit auf¬ weisen, lassen sich auch diese Prozesse vereinfachen. Insbesondere kann auch die Bestückung von Produkten mit geringerem Personalaufwand, geringerem Ausschuss und insgesamt höherem Automatisierungsgrad erfolgen. Die vorliegende Erfindung er- laubt also nicht nur eine Verringerung des Aufwandes der Pro¬ duktion und Verpackung der optoelektronischen Vorrichtungen selbst, sondern auch Produktionsprozesse, bei welchen die optoelektronischen Vorrichtungen weiterverbaut werden, können so deutlich effizienter gestaltet werden.
Die Erfinder haben zudem festgestellt, dass bei erfindungsge¬ mäßen optoelektronischen Vorrichtungen eine unerwünschte An- haftung von Partikeln aus der Umgebung deutlich reduziert ist. Dies betrifft sowohl den Fertigungsprozess , wie auch den späteren Betrieb.
Partikelanhaftungen beeinflussen die Eigenschaften von optoelektronischen Vorrichtungen in unerwünschter Weise. Bei- spielsweise kann es bei Strahlungsemittierenden optoelektro¬ nischen Vorrichtungen durch Partikelanhaftungen zu einer Änderung in der Abstrahlcharakteristik kommen. Wenn es sich beispielsweise bei der optoelektronischen Vorrichtung um eine Leuchtdiode (LED) handelt, kann eine Partikelanhaftung bezie¬ hungsweise eine Adhäsion von Umgebungspartikeln zu Helligkeitsverlusten führen. Bei fotosensitiven Vorrichtungen kann es umgekehrt durch Partikelanhaftung zu einer Verringerung der Sensitivität kommen. Eine Partikelanhaftung wird durch die erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen deutlich reduziert, was sich positiv auf die Effizienz und Le¬ bensdauer der optoelektronischen Vorrichtung auswirken kann. Die Erfinder haben außerdem erkannt, dass sich die erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen einfacher her- stellen lassen als herkömmliche optoelektronische Vorrichtun¬ gen, da durch die Nutzung von chemischen Verbindungen mit Anker- und Kopfgruppen, wobei die Anbindung an die Silikonoberfläche mit der Ankergruppe erfolgt, eine selektive Anbindung nur an Oberflächenbereiche der optoelektronischen Vorrichtung aufweisend Silikone ermöglicht werden kann. Auf diese Weise kann es möglich sein eine Beschichtung zum Beispiel von Metallkontakten, etwa Silberkontakten, zu vermeiden. Ein aufwändiges nachträgliches Freilegen der Kontakte, welche elektrisch leitfähig sein müssen, kann somit vermieden wer- den. Die optoelektronischen Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind also einfacher zu fertigen, weil die adhäsionsmindernde Beschichtung kontrolliert erfolgen kann. Außerdem ist im Falle der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn unerwünschte Bereiche beschichtet werden, eine Entfernung der Beschichtung häufig aufgrund der gut kontrollierten und geringen Schicht¬ dicke verzichtbar. Aufgrund der sehr dünnen zum Einsatz kommenden Schichten ist eine Kontaktierung häufig auch ohne Entfernung der Beschichtung möglich. Im Folgenden wird eine Reihe von Weiterbildungen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung vorgestellt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen optoelektronischen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die mittels Ankergruppen an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine monomolekulare Schicht ausbilden. Es kommt also nicht zur Ausbildung von mehreren übereinander- liegenden Schichten auf der Silikonoberfläche.
Die Erfinder der vorliegenden optoelektronischen Vorrichtung haben erkannt, dass auf diesem Wege besonders dünne Schichten von wenigen Nanometern, 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 möglich sind. Trotz der sehr dünnen Schichtdicken im Falle der vorliegenden Erfindung lässt sich die Adhäsion gegenüber einer Partikelanhaftung deutlich reduzieren. Der gewünschte Effekt lässt sich also mit einem geringen Ma¬ terialeinsatz, erreichen.
Weiterhin haben die Erfinder erkannt, dass zu geringe
Schichtdicken die adhäsionsmindernde Wirkung in manchen Fäl- len verringern können. Es kann daher beispielsweise bevorzugt sein, wenn eine Schichtdicke von z.B. 0.5 nm nicht unter¬ schritten wird.
Dadurch, dass Mehrfachschichten vermieden werden, können auch ungewünschte Eigenschaftsänderungen vermieden werden. Beispielsweise können unerwünschte Änderungen der Strahlendurchlässigkeit oder der Transparenz beziehungsweise eine Änderung des Brechungsindex von Silikonen so häufig vermieden werden. Auch unerwünschte Änderungen in den Farbeigenschaften sind so in der Regel vermeidbar.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen optoelektro- nischen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die mit der Ankergruppe an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine selbstorganisierende Monolage (englisch: Self- Assembling Monolayer, SAM) ausbilden. Durch eine Self- Assembling Monolayer kann eine die klebrige Silikonoberfläche abschirmende Schicht erzeugt werden.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verringerung der Adhäsion besonders effektiv ist, je kompakter die chemischen Verbindungen angeordnet sind. Dafür eignen sich SAMs ganz be- sonders, da sie einen hohen Ordnungsgrad aufweisen und so ei¬ ne kompakte Anordnung der chemischen Verbindungen an der Silikonoberfläche ermöglichen.
Eine andere bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen opto- elektronischen Vorrichtung weist eine Kopfgruppe auf, bei der es sich um eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe handelt, die insbesondere auch fluoriert sein kann.
Mit linearen Alkylgruppen beziehungsweise mit linearen fluo- rierten Alkylgruppen lassen sich die chemischen Verbindungen besonders kompakt an der Silikonoberfläche anordnen. Je kom¬ pakter die Anordnung der chemischen Verbindungen, umso deutlicher kann die Adhäsion z.B. gegenüber Umgebungspartikeln verringert werden. Beispielsweise lassen sich auch kompakte SAMs besonders gut mit linearen Alkylgruppen bzw. linearen fluorierten Alkylgruppen erzeugen. Fluorierte Kopfgruppen führen zu einer besonders deutlichen Reduzierung der Adhäsion, was auch in Partikelanhaftungstests der vorliegenden Er- findung belegt wurde. Außerdem haben fluorierte Gruppen den Effekt, dass sie zu einer Verminderung des Reibungskoeffi¬ zienten führen. Reibungskoeffizienten stellen ein Maß für die Gleit- und insbesondere Haftreibung dar und spiegeln somit auch Haft- bzw. Adhäsionseigenschaften wider. Im Falle der vorliegenden Erfindung ermöglichen fluorierte Kopfgruppen eine Reduzierung des Reibungskoeffizienten, sprich eine Verminderung der Adhäsion der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen. Fluorierte Kopfgruppen können zudem aufgrund ihrer hohen sowohl hydrophoben wie auch oleophoben Eigenschaften Verschmutzungen verschiedenster Art vermindern. In manchen Fällen kann sogar eine selbstreinigende Wirkung möglich sein, da Flüssigkeitstropfen an Schichten aufweisend fluorierte Kopfgruppen abperlen können und dadurch zusätzlich Partikel abwaschen können.
Die Erfinder haben erkannt, dass auch verzweigte Alkylgruppen oder verzweigte fluorierte Alkylgruppen als Kopfgruppen eine Verringerung der Adhäsion ermöglichen, wobei sich der hohe sterische Anspruch der verzweigten Alkylgruppen beziehungsweise fluorierten verzweigten Alkylgruppen ausnutzen lässt, um einen breiten Bereich der Silikonoberfläche abzudecken bzw. abzuschirmen. Mit Alkylgruppen beziehungsweise fluorierten Alkylgruppen sind stets Gruppen insbesondere mit einer Kettenlänge Ci bis Cioo gemeint, bevorzugt Ci bis C5o, weiter bevorzugt Ci bis C20, besonders bevorzugt Ci bis C10. Weiter bevorzugte Kettenlängen sind beispielsweise Kettenlängen im Bereich von C2 bis C20 und C2 bis C10 sowie C3 bis C20 und C3 bis C10.
Die Erfinder der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung haben erkannt, dass bereits kurze Alkylgruppen, be- ziehungsweise kurze fluorierte Alkylgruppen, den gewünschten Effekt der Reduzierung der Partikeladhäsion erzielen können. Je kürzer die Alkylgruppen umso dünner die sich ausbildende Schicht. Je dünner die Schicht umso weniger werden die sons- tigen gewünschten Eigenschaften des Silikons beeinflusst.
Weiterhin kann es z.B. bevorzugt sein, dass die Kettenlänge der Alkylgruppen bzw. fluorierten Alkylgruppe größer oder gleich C2, insbesondere größer oder gleich C3 ist, sodass die adhäsionsmindernde Wirkung in vollem Umfang zum Tragen kommen kann .
Eine ganz besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungs¬ gemäßen optoelektronischen Vorrichtung weist als Kopfgruppe eine zumindest teilweise fluorierte lineare oder verzweigte
Alkylgruppe auf, insbesondere eine perfluorierte Alkylgruppe.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Adhäsion durch die Nutzung von Kopfgruppen aufweisend fluorierte Alkylgruppen besonders deutlich reduziert wird.
Außerdem haben die Erfinder festgestellt, dass die Verringe¬ rung der Adhäsion umso stärker ausgeprägt ist, je höher der Grad der Fluorierung der Alkylgruppe ist. Folglich wird die Adhäsion besonders stark dann verringert, wenn es sich bei der Alkylgruppe um eine Alkylgruppe aufweisend viele F-Atome handelt. Am meisten bevorzugt sind perfluorierte
Alkylgruppen als Kopfgruppen.
In einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung der Er- findung handelt es sich um eine lineare fluorierte, insbeson¬ dere um eine lineare perfluorierte Alkylgruppe. Beispielswei¬ se kann es sich bei der linearen perfluorierten Alkylgruppe um eine Gruppe der allgemeinen Formel CnF2n+i mit n = 1 bis 100, insbesondere n = 1 bis 50, bevorzugt n = 1 bis 20, wei¬ ter bevorzugt n = 1 bis 10 handeln. Weiterhin bevorzugt kann n = 2 bis 10 oder gar n = 3 bis 10 sein. Beispielsweise kann es sich bei der Kopfgruppe um fluoriertes, insbesondere per- fluoriertes Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n- Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl handeln.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist die Anker- gruppe der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an das Silikon gebunden. Es handelt sich also um eine gerichtete Bindung. Die chemischen Verbindungen werden also mittels Chemisorption an die Silikonoberfläche gebunden. Eine derartige Anbindung ist besonders stabil.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an chemisch aktive Zentren der Silikonoberfläche gebunden. Bei den chemisch aktiven Zentren kann es sich dabei um funktionelle Gruppen an der Silikonoberfläche handeln, welche sich auf¬ grund ihrer chemischen Natur eignen um mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen kovalente Bindungen einzugehen. Die Natur der chemisch aktiven Zentren auf der Silikonoberfläche kann dabei durch verschiedene Arten der Vorbehandlung des Silikons beeinflusst werden. Hierbei sind beispielsweise verschiedenartige Plasmabehandlungen denkbar. Beispielsweise ist es möglich Plasmabehandlungen unter Niederdruck- oder At- mosphärenbedingungen vorzunehmen. Es können beispielsweise verschiedene Arten von Gasen oder Gasmischungen zum Einsatz kommen. Zudem sind auch nasschemische Vorbehandlungen denkbar. Es ist aber auch grundsätzlich möglich die naturgegebe- nen aktiven Oberflächenzentren des Silikons ohne Vorbehandlung zu nutzen.
Grundsätzlich sind alle funktionellen Gruppen an der Silikon- Oberfläche als aktive Oberflächenzentren denkbar, die sich mit einer geeigneten Ankergruppe als Partner verknüpfen lassen. Entscheidend ist dabei lediglich, dass das chemisch ak¬ tive Oberflächenzentrum auf der Silikonoberfläche und die An¬ kergruppe eine stabile kovalente Bindung eingehen und somit eine dauerhafte Anknüpfung beziehungsweise Anbindung der che¬ mischen Verbindungen an die Silikonoberfläche erlauben.
In einer Weiterbildung der soeben genannten Ausführungsform kann es sich bei der Ankergruppe um ein Elektrophil und bei dem aktiven Oberflächenzentrum auf der Silikonoberfläche um ein Nukleophil handeln und umgekehrt.
Typische aktive Oberflächenzentren auf der Silikonoberfläche können z.B. sein Silikonoberfläche-OH, Silikonoberfläche-OOH, aber auch Silikonoberfläche-Rc-COOH, wobei Rc ein Kohlenwasserstoffrest z.B. ein Methylenrest ist.
Je nach Art der Vorbehandlung sind auch andere Gruppen denkbar z.B. Silikonoberfläche-NY2, mit Y= H oder Alykl (z.B. Me- thyl, 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. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich bei der Ankergruppe der chemischen Verbindungen um eine Gruppe ausgewählt aus einer der folgenden Gruppen:
Figure imgf000016_0001
wobei
die Reste Xi bis X3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, - ORi , -H, -Ri ,
wobei höchstens zwei der Reste Xi bis X3 -H oder Ri sein können, wobei Ri ein Alkyl ist, und X4 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiXiX2X3
X5, Xe unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, - ORi , -H,
X7 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, - ORi . Bei Ri handelt es sich um ein Alkyl oder ein fluoriertes Al¬ kyl. Insbesondere handelt es sich bei Ri um einen kurzketti- gen Alkylrest, z.B. einen Alkylrest der Kettenlänge Ci bis C7. Besonders bevorzugt sind Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und Pentyl . Am meisten bevorzugt sind Methyl und Ethyl.
Das Symbol „ * " steht hierbei jeweils für die Anbindungs- stelle, an welche die Kopfgruppe gebunden sein kann. Alternativ kann sich wie im Folgenden noch erläutert werden wird, eine Mittelgruppe an dieser Stelle anschließen, welche ihrerseits zwischen Ankergruppe und Kopfgruppe angeordnet sein kann.
Durch die aufgezeigten Ankergruppen ist z.B. eine Anbindung an die Silikonoberfläche unter Ausbildung von Säureestern (z.B. Carbonsäureestern, Sulfonsäureestern etc.) aber auch unter Ausbildung von Harnstoffderivaten oder Urethanbindungen möglich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Kopfgruppe um eine zumindest teilweise fluorierte lineare o- der verzweigte Alkylgruppe,
wobei die Ankergruppe der chemischen Verbindungen aus einer der folgenden Gruppen ausgewählt ist:
Figure imgf000017_0001
wobei
die Reste Xi bis X3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
wobei höchstens zwei der Reste Xi bis X3 -H oder Ri sein können, wobei Ri ein Alkyl ist, und
X4 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiXiX2X3
X5, Xe unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, X7 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -ORi.
In einer weiterhin besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich bei der Ankergruppe um eine Gruppe der folgenden allge¬ meinen Formel: X1
X2 Si * wobei X3
die Reste Xi bis X3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
wobei höchstens zwei der Reste Xi bis X3 -H oder Ri sein können, wobei Ri 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 insbe- sondere 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-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-X3 ausgewählt sind aus Cl, -Br, -I, -OH, -ORi.
In einer weiteren Ausführungsform sind für die Ankergruppen auch nukleophile Gruppen z.B. Aminogruppen etwa - H2 möglich. So ist eine effiziente Anbindunge an Oberflächen aufweisend elektrophile aktive Oberflächenzentren möglich.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen opto- elektronischen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die chemischen Verbindungen zusätzlich zur Ankergruppe und zur Kopfgruppe noch eine Mittelgruppe aufweisen, welche zwi¬ schen der Ankergruppe und der Kopfgruppe angeordnet ist. Bei¬ spielsweise kann die Mittelgruppe direkt kovalent gebunden sein an die Ankergruppe einerseits und an die Kopfgruppe an¬ dererseits. Es ist aber auch möglich, dass sich zwischen der Mittelgruppe und der Ankergruppe beispielsweise ein Sauer¬ stoff- 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. Bei¬ spielsweise 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 Al¬ kylrest zu verwenden, während es ausreichend ist für die Mit¬ telgruppe herkömmliche Alkylreste ohne Fluorierung oder nur mit teilweiser Fluorierung zu verwenden. Es ist aber auch möglich, dass auch die Mittelgruppe perfluorierte Alkylreste aufweist . In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich bei der Mittelgruppe ausgewählt aus der Gruppe umfassend lineare Al- kyle, lineare fluorierte Alkyle, Polyethylenglykol , Polyethy- lendiamin, Siloxane und Silane. Die Mittelgruppe weist bevor¬ zugt 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 _ auf¬ weisen (mit m = 1 bis 100, insbesondere m = 1 bis 50, bevor¬ zugt 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 Mittel¬ gruppe um eine um eine Siloxan-Gruppe der allgemeinen Formel - (0-SiRqRp) m- handelt, wobei m die gleichen Werte wie soeben beschrieben für Alkylbasierte Mittelgruppen annehmen kann und wobei Rq und Rp Wasserstoff oder kurzkettige Alkylreste z.B. Methyl oder Ethyl sein können. Außerdem kann es sich bei Rq und Rp jeweils unabhängig voneinander auch um einen Phenyl- rest handeln. In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist die optoelektronischen Vorrichtung ausgestaltet als strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung, insbesondere als Leuchtdiode. Eine davon verschiedene Weiterbildung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist ausgestaltet als Fotodetektor . Da durch die Kontrolle der Schichtdicke der angebundenen che¬ mischen Verbindungen die höchstens eine Monolagenschicht aus¬ bilden die Transparenz und Strahlungsdurchlässigkeit entspre¬ chende Silikone kaum oder gar nicht beeinflusst wird, eignen sich die vorliegenden erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen auch für die Anwendung im Strahlengang von Strahlungsemittierenden Vorrichtungen. Strahlungsemittierende Vorrichtungen sind im Besonderen von Partikelanhaftungen betroffen, da ihre Abstrahlcharakteristik und Helligkeit nega- tiv durch Partikeladhäsion beeinflusst werden können. Eine Adhäsionsverringerung kann daher die Leistung, Zuverlässigkeit und in manchen Fällen sogar die Lebensdauer positiv beeinflussen . In einer anderen Weiterbildung ist das Silikon der äußeren
Oberfläche Teil eines Verkapselungsmaterials , Teil eines Ver¬ gussmaterials z.B. einer strahlungsdurchlässigen Linse oder Teil einer außenliegenden, also an der äußeren Oberfläche der optoelektronischen Vorrichtung befindlichen Wellenlängenkon- versionsschicht .
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich um Dimethylsiloxan basierte Elastomere, insbesondere Silikone auf der Basis von Dimethylsiloxan oder teilphenyliertem Dimethylsiloxan.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung umfassend die Verfahrensschritte :
A) Bereitstellen einer optoelektronischen Vorrichtung aufweisend zumindest eine Außenoberfläche mit einem Silikon, B) Bereitstellen chemischer Verbindungen, umfassend eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe,
C) Reaktion der Ankergruppe der chemischen
Verbindungen mit dem Silikon der Außenoberfläche, wobei die Adhäsion der auf der Außenoberfläche befindlichen Bereiche des Silikons durch die
Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert wird . Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, dass ein derartiges Verfahren es ermöglicht, die Klebrigkeit also Partikelanhaftung bzw. den Reibungskoeffizienten von optoelektronischen Bauteilen zu verringern ohne zugleich eventuell vorhandene Metallkontakte (z.B. Kontakte des Lead- frames) zu beschichten. Dies erleichtert die weitere Bearbei¬ tung der optoelektronischen Vorrichtung erheblich, da die Metallkontakte nicht erst vor dem Löten bzw. Bonden, also für die elektrische Kontaktierung, freigelegt werden müssen. Zu¬ dem kann dadurch, dass im erfindungsgemäßen Verfahren äußerst dünne und gut kontrollierte Schichtdicken erreicht werden, auch im Falle einer unerwünschten Beschichtung in der Regel auf eine Freilegung der Kontaktierungen verzichtet werden, da die Schichtdicken hinreichend dünn sind, um die elektrischen Eigenschaften nicht negativ zu beeinflussen. Zudem zeichnet sich das Verfahren durch einen geringen technischen Aufwand und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren geringeren Kosten aus .
Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft das erfindungsgemäße Verfahren, wobei in Schritt C) eine kovalente Bindung zwi- sehen der Ankergruppe und der Silikonoberfläche gebildet wird. Kovalente Bindungen erlauben eine gerichtete und beson¬ ders stabile Anknüpfung der chemischen Verbindungen. Eine bevorzugte Weiterbildung betrifft das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Außenoberfläche vor dem Verfahrens¬ schritt C) einer Vorbehandlung unterzogen wird.
Mit einer Vorbehandlung ist hierbei eine Oberflächenbehand- lung beziehungsweise Oberflächenfunktionalisierung gemeint. Die Art der Vorbehandlung ist dabei auf die Art des Unter¬ grundes, also die Eigenschaften des jeweiligen Silikons anzu¬ passen, 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 der Außenoberfläche die Dichte der chemisch aktiven Oberflächenzentren deutlich erhöht wer- den 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 Reak¬ tivität der Silikonoberfläche und können entweder selbst mit der Ankerfunktion 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 erreicht, ein kompakterer Film erzeugt, und die Kleb¬ rigkeit weiter reduziert werden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Außenoberfläche vor dem Verfahrensschritt C) mit einem Plasma vorbehandelt wird. Be¬ sonders gut geeignete Plasmen sind dabei beispielsweise Sau¬ erstoff-Plasma, Argon-Plasma und NH3-Plasma oder Plasma aus Gemischen dieser Gase. Aber auch andere übliche Plasmabehand- lungen können Anwendung finden. Für großflächige oder industrielle Anwendungen eignet sich beispielsweise auch die Nut¬ zung von Atmosphärenplasma mit Luft als Prozessgas, sofern keine oxidationsempfindlichen Außenoberflächen 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 Silikonoberflä- che-OOH aber auch Silikonoberfläche-Rc-COOH (wobei Rc eine
Alkylgruppe, z.B. Methylen ist "Silikonoberfläche-OH" steht dabei für an die Silikonoberfläche gebundene Hydroxygruppen; dies gilt analog für die weiteren beschriebenen Gruppen) deutlich gesteigert werden kann. Auf diese Art und Weise las- sen sich deutlich mehr chemische Verbindungen an die Silikonoberfläche anbinden, was zu einer stärkeren Adhäsionsminde¬ rung führt .
Durch NH3-Plasmen lassen sich stickstoffhaltige Oberflächen- Zentren etwa die zuvor bereits genannten Zentren, Silikonoberfläche-NY2, erzeugen. Derartige Zentren eignen sich z.B. für ein Anbinden von Ankergruppen auf der Basis von Isocyana- ten . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen nicht-oxidierende Plasmen dem Ver¬ fahrensschritt C) bei der Vorbehandlung zum Einsatz.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne oxidierende Plasmen die Dichte der aktiven chemischen Oberflächenzentren der Silikonoberfläche erhöht werden kann. Geeignet sind z.B. Plasmen von Wasserstoff oder Gemische von Wasserstoff und Ar¬ gon. Auch Inertgas-Plasmen können Verwendung finden. Insbe- sondere Plasmen von Edelgasen wie Argon-Plasma oder Helium- Plasma sind besonders bevorzugt, da sie eine effiziente Akti¬ vierung ohne eine unerwünschte Oxidation von elektrischen Kontaktierungen, wie sie in der optoelektronischen Vorrich- tung vorliegen können, erlauben. Da ein oxidierendes Plasma nicht unbedingt erforderlich ist, können auch Silberkontakte oder andere Metallkontakte die noch leichter als Silber oxi- diert werden können, also insbesondere Metalle mit einem ge¬ ringeren Standardreduktionspotential als Silber, mit dem er- findungsgemäßen Verfahren behandelt werden, ohne dass eine
Oxidation eintritt. Auf diesem Wege wird die Verarbeitung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung wesentlich erleichtert, da Probleme aufgrund oxidierter Metallkontakte z.B. oxidierter Silberkontakte vermieden werden können. Auf diese Weise kann zudem der Einsatz von Metallen, die weniger edel sind als Gold, erst ermöglicht werden. Der Einsatz von unedleren Metallen führt zu einer deutlichen Kostenersparnis. Zudem lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren der hier beschriebenen Form allgemein oxidationsempfindliche Sub- strate behandeln, wie z.B. mit Silber beschichtete Substrate und Leadframes. Dies ermöglicht z.B. im Bereich der strah- lungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen neue Möglichkeiten z.B. bei LED-Bauformen. Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt C) die Reak¬ tion mittels Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung .
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Reaktion durch im Ver- fahrensschritt C) im Rahmen einer Tauch- oder Sprühbeschichtung zu einer zuverlässigen Filmbildung und damit Reduzierung der Adhäsion führt. Zugleich sind beide Verfahren für einen Einsatz im großtechnischen Maßstab geeignet. Insbesondere für schwer verdampfbare, chemische Verbindungen sind Tauch- und Sprühbeschichtung zu bevorzugen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt C) die Reak¬ tion mittels Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere mit¬ tels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD, „Chemical Vapor Deposition") . Denkbar ist zudem die Nutzung plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, „Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") . Die Abscheidung aus der Gasphase eignet sich für die Abscheidung in die Gasphase ohne Zerset¬ zung überführbarer chemischer Verbindungen und ist für den großtechnischen Maßstab besonders geeignet. Sie erlaubt eine rasche und kostengünstige Fertigung.
Im Folgenden werden die Figuren, Beispiele und experimentel¬ len Ergebnisse näher beschrieben.
Figur 1A und 1B zeigen jeweils eine schematische Seitenan- sieht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung (1). Bei der gezeigten Vorrichtung handelt es sich jeweils um eine lichtemittierende Diode, aufweisend einen Strahlungsemittierenden optoelektro¬ nischen Halbleiter (50), der über Drähte (Bond-Wires) (40) an leitenden Gehäusekomponenten (70) (Lead-Frames ) kontaktiert sein kann. Die Vorrichtung weist ein Silikon (20) auf, das z.B. die Verkapselung des Bauteils bilden kann. Das Silikon kann beispielsweise als Verguss eingebracht werden. Auch eine mehrstufige Silikonverkapselung ist möglich. Das Silikon kann zudem Füllstoffe z.B. Farbstoffe enthalten. Insbesondere Wel¬ lenlängenkonversionsstoffe, die eine Konversion einer kürzer¬ welligen Primärstrahlung in eine längerwellige Sekundärstrahlung erlauben, können im Silikon als Füllstoff enthalten sein. Das Silikon kann aber auch frei sein von Füllstoffen. Es ist zudem möglich, dass weitere Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung Silikon aufweisen. So kann die Vorrichtung Gehäusekomponenten aufweisen, die ebenfalls Silikon um- fassen können. Die optoelektronische Vorrichtung weist zumindest eine Außenoberfläche mit einem Silikon (2) auf. In der dargestellten Ausführung weist das Vergusssilikon (20) eine Oberfläche an einer Außenseite der optoelektronischen Vorrichtung (2) auf. Gezeigt sind eine obere Oberfläche (2a) und seitliche Oberflächen (2b) . Erfindungsgemäße Vorrichtungen sind durch eine Schicht (30) aus chemischen Verbindungen gekennzeichnet, die eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe auf¬ weisen, wobei die Ankergruppe an die Silikonaußenoberfläche gebunden ist. Die Kopfgruppe sorgt schließlich für eine Ver- ringerung der Adhäsion bzw. Klebrigkeit der Außenoberfläche der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung. Die Schicht (30) kann wie in Figur 1A gezeigt auf nur einer oder zumindest einer Oberfläche, z.B. der oberen Oberfläche (2a) angebracht sein. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Ober- flächen mit der Schicht (30) bedeckt sind. Beispielsweise kann die obere Oberfläche (2a) und eine oder alle Seitenober¬ flächen (2b) mit der Schicht (30) bedeckt sein. Figur 1B zeigt eine optoelektronische Vorrichtung bei welcher alle Si¬ likonaußenoberflächen (2) die obere Oberfläche (2a) und alle Seitenflächen (2b) mit der adhäsionsvermindernden Schicht
(30) bedeckt sind. In diesem Fall kann besonders gut sicher¬ gestellt werden, dass die optoelektronische Vorrichtung nach allen Seiten hin gut gegen Partikelanhaftungen und Verschmutzungen geschützt ist. Bei einer Beschichtung nur einer beson- ders exponierten Oberfläche, wie der oberen Oberfläche in Fi¬ gur 1A, kann bereits für viele Anwendungen eine ausreichende Verringerung der Klebrigkeit des Bauteils gegeben sein. Zudem sind derartige optoelektronische Vorrichtungen leichter zu fertigen, als optoelektronische Vorrichtungen, bei welchen alle Silikonoberflächen beschichtet sind.
Figur 2 zeigt schematisch Fertigungsschritte zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung (1) gemäß Figur 1A. Gezeigt sind dabei die zunächst noch nicht vereinzelten also ungetrennten optoelektronischen Vorrichtungen beispielsweise aufweisend Strahlungsemittierende optoelektronische Halblei¬ ter (50), welche über Drähte (Bond-Wires) (40) an leitende Gehäusekomponenten (70) (Lead-Frames ) kontaktiert sein kön¬ nen. Die nicht vereinzelten optoelektronischen Vorrichtungen können auf einem temporären Substrat bzw. Träger (60) aufgebracht sein. Dabei kann es sich z.B. um eine abziehbare Folie handeln. Das Silikonmaterial (20) der optoelektronischen Vor- richtungen kann als Verguss eingebracht werden und weist zu¬ mindest eine Außenoberfläche (2) auf. In einem ersten Verfah¬ rensschritt können die nicht-vereinzelten optoelektronischen Vorrichtungen mit einer Schicht (30) beschichtet werden. In einem weiteren Verfahrensschritt können die optoelektroni- sehen Vorrichtungen vereinzelt, also voneinander getrennt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Trennung vom temporären Substrat (60) erfolgen. Als Ergebnis wird eine opto¬ elektronische Vorrichtung gemäß Figur 1A erhalten. Derartige optoelektronische Vorrichtungen weisen Silikonaußenoberflä- chen an den Seiten auf, die nicht beschichtet sind. Da diese Seitenoberflächen allerdings bei der Vereinzelung also Trennung der optoelektronischen Vorrichtungen voneinander häufig eine gewisse Aufrauhung erfahren, ist ihre Klebrigkeit in der Regel bereits reduziert. Das hier vorgestellte Verfahren bie- tet den Vorteil eines geringeren technischen Aufwandes im Vergleich zu Verfahren, bei welchem alle Seitenoberflächen beschichtet werden (siehe Figur 3) . Figur 3 zeigt schematisch Fertigungsschritte zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung (1) gemäß Figur IB. Im Gegensatz zum in Figur 2 gezeigten Verfahren erfolgt hierbei zuerst die Vereinzelung, also Trennung der optoelektronischen Vorrichtungen. Im Anschluss daran erfolgt die Anbindung der chemischen Verbindungen und somit die Aufbringung einer Be- schichtung (30) . Dadurch, dass zuerst die Vereinzelung und erst dann die Beschichtung erfolgt ist es möglich nicht nur die obere Oberfläche, sondern auch Seitenflächen des Silikons zu beschichten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass alle Silikonoberflächen (2) mit der adhäsionsmindernden Schicht (30) bedeckt und gegen Verschmutzungen und Parti- kelanhaftungen geschützt werden. Figur 4 zeigt schematisch die Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, aufweisend eine Silikonlinse. Ähnlich wie im in Figur 2 gezeigten Verfahren wird auch hier beispielhaft eine Beschichtung (30) vor der Vereinzelung bzw. Trennung der einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen ge- zeigt. Nach der Anbindung der chemischen Verbindungen und damit der Aufbringung der Schicht (30) erfolgt im Anschluss die Trennung der einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen.
Figur 5 zeigt links eine Hydroxylgruppe, als Beispiel für ein chemisch aktives Oberflächenzentrum, sowie ein Beispiel für eine chemische Verbindung zur Anbindung an die Silikonoberfläche. Letztere weist eine Silyl-Ankergruppe, eine CH2CH2- Gruppe, als Mittelgruppe, und eine (CF2)7CF3 Gruppe, als Kopf¬ gruppe, auf. Im erfindungsgemäßen Verfahren reagiert die An- kergruppe mit der Hydroxygruppe auf der Silikonoberfläche.
Zudem ist es auch möglich, dass je nach Ankergruppe auch Bindungen mit benachbarten Ankergruppen ausgebildet werden. Dies zeigt exemplarisch die rechtsseitige Darstellung der an die Silikonoberfläche gebundenen chemischen Verbindungen. Eine Darstellung der chemischen Verbindungen, welche mittels Ankergruppe (3) an die Außenoberfläche mit Silikon (2) der optoelektronischen Vorrichtung kovalent gebunden sind. 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. Die chemischen Verbindungen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung können zusammen eine Beschichtung bzw. einen Film (30) ausbilden. Aufgrund der gerichteten Anbindung über kovalente Bindungen an die Silikonoberfläche mittels Chemisorption erfolgt keine Mehrfach¬ schichtbildung (Multilagen) , sondern es wird maximal eine Einfachbedeckung also eine Monolage erreicht. Die Erfinder haben erkannt, dass es für eine signifikante Reduktion der
Klebrigkeit nicht erforderlich ist eine vollständige monomo¬ lekulare Bedeckung mit den chemischen Verbindungen zu erreichen. Auch ein geringerer Bedeckungsgrad kann bereits zu dem gewünschten Effekt der Verringerung der Adhäsion führen. Die für die Gruppen (3), (4), (5) angegebenen Reste bilden lediglich ein konkretes Beispiel ab. Die im Zusammenhang mit die¬ ser Abbildung gemachten Angaben sind jedoch für alle erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen gültig. Im vorliegenden Fall beträgt die Dicke der Schicht L etwa einen Na- nometer.
Figur 6A, 6B und 6C zeigen Aufnahmen von Partikeladhäsionstests an unterschiedlich behandelten Silikonaußenoberflächen. Die Aufnahme 6A zeigt die Partikelanhaftung an einer unbehan- delten, herkömmlichen Silikonoberfläche.
Die Aufnahme 6B zeigt die Partikeladhäsion an Silikonaußenoberflächen, gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei chemi- sehe Verbindungen, umfassend eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4), mit der Ankergruppe an das Silikon zum Zwecke der Verringerung der Adhäsion bzw. Klebrigkeit gebunden sind. Es liegt also an den Silikonoberflächen der Aufnahmen 6B eine erfindungsgemäße chemische Verbindung der erfindungsgemäßen genannten Art vor. Im Falle der in Aufnahme 6B gezeigten Oberflächen wurde die Silikonoberfläche vor der Anknüpfung der chemischen Verbindungen nicht zusätzlich vorbehandelt, also keiner Plasma- oder UV-Behandlung unterzogen. Dennoch ist gegenüber Aufnahme 6A bereits eine deutlich geringere
Partikelanhaftung also eine verringerte Adhäsion der Silikonaußenoberfläche zu beobachten.
Aufnahme 6C zeigt eine erfindungsgemäße Silikonoberfläche aufweisend die gleichen chemischen Verbindungen wie die Silikonoberfläche von Aufnahme 6B mit dem Unterschied, dass die Oberfläche des Silikons zusätzlich einer Vorbehandlung vor der Reaktion mit den chemischen Verbindungen unterzogen wurde. Im vorliegenden Fall wurde eine Argon-Plasmabehandlung vorgenommen. Wie aus Aufnahme 6C zu erkennen, weist die Sili¬ konoberfläche, welche vor der Anknüpfung der chemischen Verbindungen noch zusätzlich mit einem Plasma vorbehandelt wurde, eine noch geringere Partikelzahl auf als die Oberfläche ohne Plasmabehandlung (Aufnahme 6B) . Die Klebrigkeit bzw. Partikelanhaftung ist also bei zusätzlicher Vorbehandlung noch deutlicher reduziert, was sich durch die Einführung zusätzlicher chemisch aktiver Oberflächenzentren z.B. Hydroxylgruppen während der Vorbehandlung erklären lässt, die als weitere Anknüpfungspunkte für die Ankergruppen der chemischen Verbindungen fungieren können. Durch die Vorbehandlung wird also die Dichte der an die Silikonoberfläche gebundenen che¬ mischen Verbindungen bzw. die Kompaktheit der resultierenden selbstorganisierenden Schicht (SAM) erhöht. Die Testergebnis- se zeigen, dass sowohl mit als auch ohne Vorbehandlung eine deutliche Verringerung der Klebrigkeit erreicht wird, wobei der Effekt durch die Vorbehandlung noch verstärkt wird. Im Folgenden wird beschrieben, auf welche Weise die in den Aufnahmen 6B und 6C gezeigten Oberflächen erhalten wurden.
Hierzu wurden die Proben mit den Silikonoberflächen für die in Figur 6C gezeigten Partikeladhäsionstests mit einem Argon- Niederdruckplasma vorbehandelt. Bei den im vorliegenden Fall getesteten Silikonen handelt es sich um thermisch härtbare, additionsvernetzende Zweikomponenten-Silikone („2K-Silikone" ) auf der Basis von Dimethylsiloxan . Die Plasmabehandlungszei¬ ten können dabei in Abhängigkeit von der Art der zu behan- delnden Oberfläche sowie Plasma-Anlage variieren. Im vorlie¬ genden Fall erwies sich eine Plasmabehandlung von 10 bis 90 Sekunden als ausreichend, wobei auch längere Plasmabehand¬ lungszeiten möglich sind. Im Anschluss an die Plasmabehand¬ lung (im vorliegenden Beispiel innerhalb von 30 Minuten) er- folgte die Beschichtung durch Eintauchen in eine Beschich- tungslösung. Der Eintauchvorgang betrug dabei ca. 30 Sekunden. Ein Beispiel für eine Beschichtungslösung, die sich besonders eignet, ist hierbei eine Lösung aufweisend
1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyltrichlorosilan als chemische Ver- bindung. Hierbei kann wie in Abbildung 5 gezeigt die Tri- chlorsilangruppe als Ankergruppe fungieren, während ein per¬ fluorierter Alkylrest als Kopfgruppe dient. Dazwischen befin¬ det sich eine Ethylen-Mittelgruppe . Beispielsweise kann eine alkoholische Lösung der besagten chemischen Verbindung zum Einsatz kommen, aber auch andere gängige Lösungsmittel können verwendet werden. Die Oberflächenbehandlung wurde in der gleichen Weise, jedoch ohne Plasmavorbehandlung für die Silikonoberflächen durchgeführt, für welche Partikeladhäsions- tests in Figur 6B gezeigt sind. In beiden Fällen wurde anschließend an das Eintauchen in die Beschichtungslösung die Probe für 5 Minuten auf ca. 125°C erhitzt. In diesem Schritt erfolgt die Anbindung der chemischen Verbindungen an die Si- likonoberfläche . Im Anschluss daran wurden die Oberflächen mit Isopropanol gespült, um überschüssiges, nicht angebunde¬ nes Material zu entfernen. Daraufhin wurden die Proben getrocknet, was beispielsweise in einem Luftstrom erfolgen kann. Beim Beschichtungsvorgang ist darauf zu achten, dass die zu beschichtende Oberfläche vollständig in die Beschich¬ tungslösung eintaucht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfin- dung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder die¬ se Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015103335.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronische Vorrichtung (1)
aufweisend zumindest eine Außenoberfläche mit einem Silikon (2),
wobei chemische Verbindungen, umfassend eine
Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4), mit der Ankergruppe (3) an das Silikon gebunden sind, und wobei die Adhäsion der auf der Außenoberfläche befindlichen Bereiche des Silikons (2) durch die Kopfgruppen (4) der chemischen Verbindungen vermindert ist.
2. Optoelektronische Vorrichtung gemäß dem vorherigen
Anspruch,
wobei es sich bei der Kopfgruppe (4) um eine
zumindest teilweise fluorierte lineare oder verzweigte Alkylgruppe handelt,
wobei die Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen aus ei¬ ner der folgenden Gruppen ausgewählt ist:
Figure imgf000034_0001
wobei
die Reste Xi bis X3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H, -Ri,
wobei höchstens zwei der Reste Xi bis X3 -H oder Ri sein können, wobei Ri ein Alkyl ist, und X4 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -H, -OSiXiX2X3
X5, Χδ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -ORi, -H,
X7 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, -ORi.
3. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die mit der Ankergruppe (3) an das
Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine
monomolekulare Schicht (30) ausbilden. 4. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mit der Ankergruppe an das Silikon gebundenen chemischen Verbindungen eine selbst
organisierende Monolage (engl. SAM, Seif Assembling Monolayer) (30) ausbilden.
5. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Kopfgruppe (4) um eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe handelt, die auch fluoriert sein kann.
6. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Kopfgruppe (4) um eine zumindest teilweise fluorierte lineare oder verzweigte Alkylgruppe handelt, insbesondere eine perfluorierte Alkylgruppe .
7. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen durch eine kovalente Bindung an das Silikon gebunden ist.
Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ankergruppe (3) der chemischen Verbindungen aus einer der folgenden Gruppen ausgewählt
Figure imgf000036_0001
wobei
die Reste Xi bis X3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend -Cl, -Br, -I, -OH, - ORi , -H, -Ri ,
wobei höchstens zwei der Reste Xi bis X3 -H oder Ri sein können, wobei Ri ein Alkyl ist, und
X4 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, -H, - OS 1X1X2X3
X5, Xe unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, - ORi , -H,
X7 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
-Cl, -Br, -I, -OH, - ORi .
9. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die chemischen Verbindungen zusätzlich eine Mittelgruppe (5) umfassen, welche zwischen der Ankergruppe (3) und der Kopfgruppe (4) angeordnet ist.
10. Optoelektronische Vorrichtung gemäß dem vorherigen
Anspruch, wobei die Mittelgruppe (5) ausgewählt sein kann aus der Gruppe umfassend lineare Alkyle, lineare fluorierte Alkyle, Polyethylenglykol , Polyethylen- diamin sowie Siloxane und Silane.
11. Optoelektronische Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgestaltet als Strahlungsemittierende
Vorrichtung, insbesondere als Leuchtdiode.
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 umfassend die Verfahrens¬ schritte :
A) Bereitstellen einer optoelektronischen Vorrichtung aufweisend zumindest eine Außenoberfläche mit einem Silikon (2),
B) Bereitstellen chemischer Verbindungen, umfassend eine Ankergruppe (3) und eine Kopfgruppe (4),
C) Reaktion der Ankergruppe der chemischen
Verbindungen mit dem Silikon der Außenoberfläche, wobei die Adhäsion der auf der Außenoberfläche
befindlichen Bereiche des Silikons (2) durch die
Kopfgruppen der chemischen Verbindungen vermindert wird .
13. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die
Außenoberfläche vor dem Verfahrensschritt C) einer Vorbehandlung unterzogen wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Außenoberfläche vor dem Verfahrensschritt C) mit einem Plasma vorbehandelt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Außenoberfläche vor dem Verfahrensschritt C) mit einem nicht-oxidierenden Plasma vorbehandelt wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Verfahrensschritt C) mittels Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung erfolgt.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Verfahrensschritt C) mittels Abscheidung aus der
Gasphase erfolgt, insbesondere mittels chemischer
Gasphasenabscheidung (CVD) .
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