WO2018036883A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0362—Manufacture or treatment of packages of encapsulations

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component. Furthermore, the invention relates to a method for producing an optoelectronic component. In optoelectronic devices, for example
  • LEDs light-emitting diodes
  • silicones are often used for optical elements, for example for a potting. Silicones can be synthesized, for example, by networking
  • An object of the invention is to provide an optoelectronic device with an optical element which is stable against environmental influences and at the same time has a high flexibility. Furthermore, the object of the invention is a method for producing an optoelectronic
  • the optoelectronic component is set up to emit radiation.
  • the optoelectronic component has an optical element.
  • the optical element comprises a silicone as polymer material.
  • the silicone has repeating units from a cyclic
  • Siloxane and a linear siloxane which are arranged alternately.
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode (LED).
  • the optoelectronic component is set up to emit radiation.
  • the device emits radiation during operation, in particular from the visible
  • Spectral range for example white mixed light.
  • the optoelectronic component can also be briefly referred to as a component.
  • Silicones may also be referred to as polysiloxanes.
  • Silicones called polyorganosiloxanes or polyalkylarylsiloxanes may here and hereinafter mean that the silicone backbone alternating units of a
  • the cyclic structure is formed from Si-O units.
  • the cyclic siloxanes have at least three or four Si-O units.
  • Silicon atoms in the cyclic siloxane can furthermore be substituted by radicals, for example by the radicals R 12 to R 15.
  • the radicals may be independently selected from a group comprising H, alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl and aryl.
  • the linear structure is formed of Si-0 units. In other words, form linear
  • Siloxanes no cyclic ring structure.
  • Structures can be branched or unbranched.
  • linear chains can branch off on the siloxane skeleton, these can be alkyl, alkylene, alkylarylene,
  • Cycloalkyl and aryl include or siloxanes. According to at least one embodiment, cyclic
  • Siloxanes have the following structural unit:
  • radicals R12, R12 Ri3 / R14 / Ri5 / Ris * can be independent
  • cyclic siloxane may be selected from the group consisting of H, alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl and aryl.
  • m can be between 1 and 3, preferably 2.
  • the branching of the cyclic siloxane can be via R12 or Ri2> and / or Ri 5 or Ri 5 ⁇ .
  • the cyclic siloxanes are crosslinked and have the following structural unit:
  • the radicals R12 to R15 may be independently selected from a group comprising H, alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl and aryl. Alternately or additionally, the position R i4 may be branched. There may be branching at each Si atom.
  • linear siloxanes have the following structural unit:
  • the radicals R2 to R7 may be independently selected from a group comprising H, alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl and aryl. According to at least one embodiment, repeating units of cyclic siloxanes and linear siloxanes form the silicone. Preferably, this has
  • Silicone has the following structural formula:
  • Ri to Ri s are independently selected from a group comprising H, alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl, siloxane and aryl,
  • n is between 1 and 1000, preferably 1 and 200 or 1 to 15 or 1 to 5,
  • n is selected between 1 and 3, preferably 2, and
  • r is between 1 and 100, preferably 1 to 20.
  • the inventors have recognized that by crosslinking oligomers or molecular silicone species, preferably by combining units of cyclic siloxanes with linear siloxanes, it is possible to produce a silicone as a polymer material which has thermal stability and at the same time Has flexibility, whereby the silicone can be used excellently as an optical element of optoelectronic devices.
  • the silicones can through
  • Hydrosilylation reaction can be carried out by the following reaction:
  • Linear siloxanes usually can over the
  • Typical siloxanes show as early as 200 ° C, signs of aging due to thermal stress.
  • Silicones are used, both of which have a cyclic structure.
  • the disadvantage, however, is that by doing so
  • Nitrogen atmosphere is stable up to 500 ° C.
  • the following cyclic siloxanes D 4 H (right) or D 4 vi (left) can be used.
  • an optical element for an optoelectronic device which has a high optical density
  • R 1 is a vinyl group or a vinyl-containing radical and / or Rig is a hydrogen or Si-hydrogen.
  • the Ri and Ris radicals are therefore suitable for hydrosilylation.
  • m 2. In other words, it can provide a cyclic siloxane having four Si-O units.
  • Ri is a vinyl-comprising radical and R 12 to R 15 are each H or CH 3 .
  • the silicone thus has the following structure:
  • the crosslinking can alternatively or additionally take place via R 12 , R 13, R 14 and / or R 5 .
  • R 2 to R 17 and Ri 4 > may be the same as described above for Ri to Ris.
  • the ii radicals may also be alkyl, alkylene, alkylarylene, cycloalkyl, siloxane or aryl.
  • the cyclic siloxane and the linear siloxane are mixed in a ratio of 1: 1 to 1:10, preferably 1: 1 stoichiometrically.
  • the resulting silicone has alternating repeating units of cyclic siloxanes and linear siloxanes.
  • the optical detector According to at least one embodiment, the optical detector
  • Element formed as a potting and surrounds a
  • the semiconductor chip can also be enveloped directly by the potting or the optical element. Due to the improved mechanical
  • the potting is for the radiation emitted by the semiconductor chip
  • the potting can be arranged in a recess of a housing of an optoelectronic component.
  • the recess can then be sealed, for example, with the optical element as a potting and the
  • the semiconductor chip may in particular be a radiation-emitting semiconductor chip, for example an LED chip. This can be combined with a
  • Thin-film light-emitting diode chip be executed. Examples of thin-film light-emitting diode chips are described in EP 0905792 A2 and in WO 02/13281 A1, the disclosure contents of which are hereby incorporated by reference. Of the
  • Semiconductor chip may include semiconductor materials.
  • the Semiconductor chip a semiconductor layer sequence.
  • the Semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material may preferably be based on a nitride compound semiconductor material.
  • "Based on a nitride compound semiconductor material” in the present context means that the semiconductor layer sequence or at least one layer thereof comprises a III-nitride compound semiconductor material, preferably In x AlyGa ] __ x _yN, where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y
  • This material does not necessarily have a
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures. In the operation of the conversion semiconductor chips in the active layer is a
  • a wavelength or the wavelength maximum of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible spectral range
  • wavelengths between 420 nm and 680 nm inclusive for example between 440 nm and 480 nm inclusive.
  • the optical element comprises a lens or is formed as a lens.
  • optical element can be a separately produced lens, which is subsequently arranged on the component.
  • an adhesive may be used to attach the lens to the optical element.
  • a lens may be cast and cured in a mold.
  • the optical element may also, as described above, be a potting, which surrounds the semiconductor chip and is at least partially formed to the lens.
  • the optical detector According to at least one embodiment, the optical detector
  • the optical element shaped as a reflector.
  • the optical element can also be a reflective
  • the optical element may contain, for example, 10 to 80% by weight, in particular 20 to 60% by weight, of reflective fillers. As a reflective
  • Fillers may, for example, titanium dioxide,
  • the reflector can be arranged, for example, on the surface of the recess and thus reflect the radiation emitted by the semiconductor chip radiation and thus decouple from the device.
  • converter materials are embedded in the optical element.
  • Converter materials are set up to convert the radiation emitted by the semiconductor chip into radiation with an altered, usually longer wavelength.
  • the choice of converter materials according to the application is not limited, so that all converter materials that are suitable for volume conversion can be used in this embodiment. Examples of such
  • Converter materials are described in WO 98/12757 AI, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the converter material can be used as a component of particles for Example present together with binders.
  • the particles can also consist of the converter material.
  • the heat generated by conversion can due to the improved thermal conductivity of the silicone or the
  • Silicone can be recycled, be well drained.
  • the thermal conductivity may optionally be further increased by heat-conductive particles as described above.
  • the invention further relates to a method for producing an optoelectronic component.
  • the method described above produces the optoelectronic component described above.
  • the method comprises the steps:
  • the crosslinking is carried out at 100 to 150 ° C, for example at 120 ° C.
  • the catalyst is a platinum catalyst.
  • the catalyst used is preferably a Karstedt or Osko catalyst. The inventors have recognized that by using the silicone described herein, the positive properties of various previously known approaches can be combined, and the resulting silicone is suitable for
  • the silicone described here has a high content of ring-shaped molecules and thus has a higher degree of crosslinking than conventional silicones.
  • the proportion of the ring-shaped molecules is
  • the proportion of the circular molecules is between 5 and about 30 mol%.
  • kits containing, in addition to the vinyl or hydride component, further additives, such as the catalyst. Both components are mixed in a certain ratio and a defined
  • Component is.
  • the IR spectroscopy can be carried out. Then you can
  • the cyclic additive ie the cyclic siloxane
  • crosslinking can also be carried out with other molecular or oligomeric or polymeric precursors. These often have the advantage that the molecular weight is known and therefore a stoichiometric ratio between hydride and
  • Vinyl groups can be adjusted.
  • the corresponding components or siloxanes can be weighed in and approximately 1 ⁇ (for 5 to 10 g total amount)
  • Platinum catalyst solution (about 2 to 2.5 ppm platinum).
  • a catalyst for example, a Karstedt or Ossko catalyst can be used. The siloxanes and the catalyst are mixed. Subsequently, the
  • the temperature of the crosslinking should be at 100 ° C to 150 ° C.
  • FIG. 1A shows a hydrosilylation reaction
  • FIG. 1B shows a backbiting mechanism
  • FIG. 1C shows the structural formulas of two cyclic siloxanes
  • Figure 1D shows the hydrosilylation of cyclic and linear siloxanes
  • Figure IE thermogravimetric curves according to one embodiment and comparative examples and
  • FIGS. 2 to 5 each show a schematic side view of an optoelectronic component according to a
  • identical, identical or equivalent elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements, such as layers, components, components and areas for exaggerated presentation and / or for better understanding are exaggerated.
  • Figure 1A shows the reaction of a silane with a vinyl-containing siloxane using a platinum catalyst.
  • Figure 1B shows the schematic representation of the
  • linear siloxane units can be degraded via an intramolecular mechanism. It forms cyclic siloxanes and residues of linear
  • Siloxane units Backbiting is described, for example, in Brook, M.A., "Silicon in Organic, Organometallic and Polymer
  • Embodiment In general, it is in this context possible to introduce the D 4 molecules as additives into commercial products, as well as to combine them with other linear or branched siloxanes. It can be provided with a silicone that has a high thermal
  • the material Shin-Etsu LPS 3541 is used according to the manufacturer's instructions as follows:
  • the silicone is made of two components formed, namely, the vinyl component A and the hydride component B, which are mixed in a weight ratio of 1: 1, according to LPS-3541A resin and LPS-3541B hardener. These two components are thoroughly mixed, for example by mechanical stirring, and then degassed for about 30 minutes under reduced pressure. The mixture can now be poured into a desired shape and is then cured for 4 hours at 150 ° C.
  • Siloxanes with 0.1 g of D 4 H as a cyclic siloxane are mixed and then 1.1 g of Si-vinyl component are added as a second linear siloxane.
  • the components are stirred and specified for the respective system
  • siloxanes are as follows: The desired siloxane, D 4 vi or D 4 H , is added in the appropriate amount, for example 200 mg to 2 g total mass of pure silicone LPS 3541, ie 1 g of component A and 1 g component B. To the additional reactive groups too
  • D 4 vi also added the same mass.
  • a total mixture of 1 g of component A, 200 mg of D 4 vi and 1.2 g of component B results.
  • the rest of the procedure is preferably the same according to the
  • Platinum catalyst can be optimized, on the one hand to achieve complete curing and on the other hand to avoid the formation of platinum colloids or discoloration, as they may occur in excessive amounts.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • a LED is shown.
  • the device 100 includes a housing 20 in conjunction with a support substrate 15.
  • the housing may comprise a ceramic or a heat or radiation resistant plastic.
  • a semiconductor chip 10 is arranged, which emits radiation 100 during operation of the device.
  • the side walls of the recess 25 are chamfered here and may comprise a reflective material.
  • the semiconductor chip 10 may be electrically conductive
  • Terminals 30, 31 and a bonding wire 32 are energized.
  • the device 100 has an optical element 50.
  • the optical element comprises a polymer material.
  • Polymer material is a silicone.
  • optical element 50 is here for the of
  • Semiconductor chip 10 emitted radiation transparent and may be formed as a lens (not shown here).
  • the optical element 50 may also be formed as a potting 51, which surrounds the semiconductor chip 10.
  • the optical element 50 may have particles 60,
  • converter materials or inorganic materials are for example, converter materials or inorganic materials.
  • the component 100 may include a conversion element 61, which may be arranged, for example, in the form of a chip on the semiconductor chip 10 (not shown here).
  • a conversion element 61 which may be arranged, for example, in the form of a chip on the semiconductor chip 10 (not shown here).
  • other inorganic fillers such as diffusers or thermally conductive particles, such as silicon dioxide particles, in the optical
  • the inorganic fillers may, for example, 10 to 80% by weight of the optical
  • the device 100 may be visible Light with any color impression, especially white light emit.
  • the optical element 50 has high thermal stability and high flexibility, so that cracking in the optical element 50 during operation of the device 100 is avoided.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 according to FIG.
  • Embodiment The component essentially corresponds to the component 100 of FIG. 2. Instead of
  • Converter materials comprising particles 60 are herein described
  • the optical element 50 is here formed as a lens 70, which can project beyond the housing 20.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 in accordance with FIG.
  • Embodiment It comprises as an optical element 50 a
  • Lens 70 which is disposed on the device 100, for example by means of an adhesive.
  • the optical element 50 comprises a silicone according to at least one embodiment according to the application.
  • Such a lens 70 may be used separately from
  • Example cast in shape and cured of the
  • Semiconductor chip 10 is coated in this example with a potting 51, which fills the recess 25.
  • the potting 51 may also be an optical element 50 according to an embodiment of the application or of conventional materials
  • the device 100 may include converter materials 60, for example in the form of particles or a wafer (not shown here).
  • FIG. 5 shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 in accordance with FIG.
  • the optical element 50 is here as
  • Reflector 52 is formed and may be a reflective
  • the reflective filler may comprise 10 to 80% by weight, in particular 20 to 60% by weight, of the optical element 50 and, for example, of titanium dioxide,
  • the optical element 50 can line at least a part of the recess 25 and thus the generated
  • the optical element 50 may also form part of the housing 20.
  • the housing 20 may also be made entirely of the polymer material of the optical element 50 and then has a reflective filler at least in the region of the recess.
  • the semiconductor chip 10 is in this example with a
  • Potting 51 potted wherein the potting 51 may in turn be an optical element 50 according to at least one embodiment of the application.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100), das zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, aufweisend ein optisches Element (50), das ein Silikon als Polymermaterial umfasst, wobei das Silikon Wiederholeinheiten aus einem cyclischen Siloxan und einem linearen Siloxan aufweist, die abwechselnd angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. In optoelektronischen Bauelementen, zum Beispiel
lichtemittierenden Dioden (LEDs) , werden häufig Silikone für optische Elemente, zum Beispiel für einen Verguss verwendet. Silikone können beispielsweise durch die Vernetzung von
1, 3, 5, 7-Tetramethylcyclotetrasiloxan (D4 H) mit 1,3,5,7- Tetramethyl-1, 3, 5, 7-Tetravinylcyclotetrasiloxan (D4 vi) vernetzt werden, woraus hochtransparente temperaturstabile, jedoch spröde glasartige Silikone entstehen. Zum anderen können vernetzende Silikone als Zweikomponentensysteme erzeugt werden, die in der Regel weicher und flexibler sind, dafür aber verglichen mit den reinen ringförmigen Siloxanen niedrigere thermische Stabilitäten aufweisen. Diese Nachteile können beispielsweise durch die Kombination von ringförmigen Siloxanen und linearen Siloxanen überwunden werden. Dadurch kann die Stabilität des Silikons und dessen Flexibilität erhöht werden, das zudem eine bessere Temperaturbeständigkeit als gängige kommerzielle Silikonprodukte aufweist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit einem optischen Element bereitzustellen, das stabil gegenüber Umwelteinflüssen ist und gleichzeitig eine hohe Flexibilität aufweist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements bereitzustellen, das das oben beschriebene optoelektronische Bauelement mit einer hohen Stabilität und einer hohen Flexibilität erzeugt.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch das
optoelektronische Bauelement gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner wird zumindest eine Aufgabe durch ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 und 15.
In zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement zur Emission von Strahlung eingerichtet. Das optoelektronische Bauelement weist ein optisches Element auf.
Das optische Element umfasst als Polymermaterial ein Silikon.
Das Silikon weist Wiederholeinheiten aus einem cyklischen
Siloxan und einem linearen Siloxan auf, die abwechselnd angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode (LED) . Das optoelektronische Bauelement ist zur Emission von Strahlung eingerichtet. Mit anderen Worten emittiert das Bauelement im Betrieb Strahlung, insbesondere aus dem sichtbaren
Spektralbereich, beispielsweise weißes Mischlicht.
Im Folgenden kann das optoelektronische Bauelement auch kurz als Bauelement bezeichnet werden. Silikone können auch als Polysiloxane bezeichnet werden. Vorzugsweise werden als
Silikone Polyorganosiloxane oder Polyalkylarylsiloxane bezeichnet. Dass ein Silikon eine Wiederholeinheit oder Wiederholeinheiten aus einem cyklischen Siloxan und einem linearen Siloxan aufweist, die abwechselnd (zueinander) angeordnet sind, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass das Silikonrückgrat alternierende Einheiten aus einem
cyclischen Siloxan und einem linearen Siloxan aufweist, die kovalent miteinander verknüpft sind.
Bei den cyklischen Siloxanen wird die cyklische Struktur aus Si-0 Einheiten gebildet. Vorzugsweise weisen die cyklischen Siloxane mindestens drei oder vier Si-0 Einheiten auf. Die
Siliziumatome in dem cyclischen Siloxan können weiterhin mit Resten beispielsweise mit den Resten R12 bis R15 substituiert sein. Die Reste können unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sein, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl und Aryl umfasst.
Bei den linearen Siloxanen wird die lineare Struktur aus Si-0 Einheiten gebildet. Mit anderen Worten bilden lineare
Siloxane keine cyclische Ringstruktur. Die linearen
Strukturen können verzweigt oder unverzweigt sein.
Beispielsweise können lineare Ketten am Siloxangerüst abzweigen, diese können Alkyl, Alkylen, Alkylarylen,
Cycloalkyl und Aryl umfassen oder Siloxane. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen cyclische
Siloxane die folgende Struktureinheit auf:
Figure imgf000004_0001
Die Reste R12 , R12 Ri3/ R14/ Ri5/ Ris * können unabhängig
voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sein, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl und Aryl umfasst. m kann zwischen 1 und 3, vorzugsweise 2 sein. Die Verzweigung des cyclischen Siloxans kann über R12 oder Ri2 > und/oder Ri5 oder Ri5< erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die cyclischen Siloxane vernetzt und weisen die folgende Struktureinheit auf :
Figure imgf000005_0001
Die Reste R12 bis R15 können unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sein, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl und Aryl umfasst. Alternantiv oder zusätzlich kann die Position Ri4 verzweigt sein. Es kann an jedem Si-Atom eine Verzweigung auftreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen lineare Siloxane die folgende Struktureinheit auf:
Figure imgf000005_0002
Die Reste R2 bis R7 können unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sein, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl und Aryl umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden aus Wiederholeinheiten von cyklischen Siloxanen und linearen Siloxanen das Silikon gebildet. Vorzugsweise weist das
Silikon die folgende Strukturformel auf:
Figure imgf000006_0001
- wobei Ri bis Ri s unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl, Siloxan und Aryl umfasst,
- n zwischen 1 und 1000, vorzugsweise 1 und 200 oder 1 bis 15 oder 1 bis 5, ausgewählt ist,
- m zwischen 1 und 3, vorzugsweise 2, ausgewählt ist, und
- r zwischen 1 und 100, vorzugsweise 1 bis 20, ausgewählt ist .
Im Fortgang der Reste Ri und Ri s können zusätzliche
Vernetzungsstellen auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Einheiten von
cyklischen Siloxanen und die Einheiten von linearen Siloxanen durch Hydrosilylierung miteinander verbunden.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Vernetzung von Oligomeren oder molekularen Silikonspezies, vorzugsweise durch Kombination von Einheiten aus cyklischen Siloxanen mit linearen Siloxanen ein Silikon als Polymermaterial erzeugt werden kann, das eine thermische Stabilität und zugleich Flexibilität aufweist, wodurch das Silikon als optisches Element von optoelektronischen Bauelementen hervorragend eingesetzt werden kann. Die Silikone können durch
Hydrosilylierung erzeugt werden, so dass also die eine
Einheit der Siloxane eine oder mehrere C=C Doppelbindungen, beispielsweise Si-Vinyleinheiten, und die andere Einheit der Siloxane ein Silan mit Si-H Einheiten aufweist, die
miteinander addieren und das Silikon bilden. Die
Hydrosilylierungsreaktion kann nach folgender Reaktion erfolgen:
Figure imgf000007_0001
Das Reaktionsprinzip wird in vielen als kommerziell
erhältlichen Produkten beispielsweise von den Firmen Wacker, Shin-Etsu, Dow Corning ausgenutzt, um beispielsweise
transparente Verkapselungsmaterialien für optoelektronische Bauelemente oder andere optoelektronische Anwendungen
herzustellen. Die kommerziellen Reaktionsmischungen
beinhalten größtenteils lineare Polysiloxane mit vinyl- beziehungsweise hydridfunktionalisierten Endgruppen sowie diverse Zusätze wie beispielsweise Haftvermittler oder in den Seitenketten modifizierte Moleküle um einen höheren
Vernetzungsgrad zu erhalten. Dieser hat zum Beispiel einen Einfluss auf die Haptik der Produkte oder der Silikone, beispielsweise ob diese gummiartig oder spröde sind, sowie auf die thermische Beständigkeit des Materials.
Lineare Siloxane können sich in der Regel über den
intramolekularen Backbitingmechanismus abbauen (siehe
folgende Reaktionsgleichung) . Typische Siloxane zeigen bereits ab 200 °C Anzeichen für Alterung durch die thermische Belastun .
Figure imgf000008_0001
Alternativ zu dem hier beschriebenen Silikon können auch
Silikone verwendet werden, die beide eine cyklische Struktur aufweisen. Der Nachteil ist jedoch, dass dadurch
vergleichsweise starke Quervernetzungen entstehen, die bei Kombination dieser Komponenten ein sehr hartes, sprödes und glasartiges Produkt erzeugen, das allerdings unter
Stickstoffatmosphäre bis zu 500 °C stabil ist. Beispielsweise können folgende cyklische Siloxane D4 H (rechts) oder D4 vi (links) verwendet werden.
Figure imgf000008_0002
Um den Abbau von linearen Siloxanen zu verlangsamen oder zu verhindern muss das Backbiting unterbunden werden. Dies sollte durch eine Quervernetzung möglich sein, die die intramolekulare Bildung von cyclischen Abbauprodukten hemmt. Die Erfinder haben nun erkannt, dass durch die Verwendung von cyclischen Siloxanen und linearen Siloxanen zur Bildung eines Silikons ein optisches Element für ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden kann, das eine hohe
thermische Stabilität und Vernetzung des Silikons aufweist und gleichzeitig eine sehr gute Flexibilität für die
Anwendung in LEDs zeigt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist Ri eine Vinylgruppe oder ein vinylhaltiger Rest und/oder Rig ein Wasserstoff oder Si-Wasserstoff . Mit anderen Worten sind damit die Ri und Ris Reste zur Hydrosilylierung geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist m = 2 . Mit anderen Worten kann damit ein cyclisches Siloxan bereitgestellt werden, das vier Si-0 Einheiten aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist m = 2 , Ri ein vinylumfassender Rest und R12 bis R15 jeweils H oder CH3.
Insbesondere weist damit das Silikon folgende Struktur auf:
Figure imgf000009_0001
Die Vernetzung kann alternativ oder zusätzlich über R12, R13, R14 und/oder Ri5 erfolgen. R2 bis R17 und Ri4 > können das gleiche wie oben beschrieben für Ri bis Ris bedeuten. Die Ii- Reste können auch Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl, Siloxan oder Aryl sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden das cyclische Siloxan und das lineare Siloxan in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10, vorzugsweise stöchiometrisch 1:1, gemischt. Das resultierende Silikon weist abwechselnde Wiederholeinheiten aus cyclischen Siloxanen und linearen Siloxanen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element als Verguss ausgebildet und umgibt einen
Halbleiterchip. Der Halbleiterchip kann von dem Verguss beziehungsweise dem optischen Element auch unmittelbar umhüllt sein. Aufgrund der verbesserten mechanischen
Eigenschaften des Silikons, das sowohl thermisch sehr stabil als auch flexibel ist, eignet sich dieses sehr gut zum
Vergießen von Halbleiterchips. Vorzugsweise ist der Verguss für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung
durchlässig. Der Verguss kann in einer Ausnehmung eines Gehäuses eines optoelektronischen Bauelements angeordnet sein. Die Ausnehmung kann dann beispielsweise mit dem optischen Element als Verguss versiegelt sein und den
Halbleiterchip vor schädlichen Umwelteinflüssen schützen.
Bei dem Halbleiterchip kann es sich insbesondere um einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip, zum Beispiel einen LED Chip, handeln. Dieser kann in Verbund mit einem
Aufwachssubstrat vorliegen oder auch als
Dünnfilmleuchtdiodenchip ausgeführt sein. Beispiele für Dünnfilmleuchtdiodenchips sind in der EP 0905792 A2 und in WO 02/13281 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalte hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden. Der
Halbleiterchip kann Halbleitermaterialien aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Das Halbleitermaterial kann bevorzugt auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. "Auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise InxAlyGa]__x_yN umfasst, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y
< 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die
charakteristischen physikalischen Eigenschaften des
InxAlyGa]__x_yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, AI, Ga, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb der Konversions- Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich,
insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optische Element eine Linse oder ist als Linse ausgeformt. Das
optische Element kann dabei eine separat erzeugte Linse sein, die nachträglich auf dem Bauelement angeordnet wird. Es kann zum Beispiel ein Kleber verwendet werden, um die Linse auf dem optischen Element zu befestigen. Eine solche Linse kann beispielsweise in einer Form gegossen und gehärtet sein. Das optische Element kann jedoch auch, wie oben beschrieben, ein Verguss sein, der den Halbleiterchip umhüllt und zumindest teilweise zur Linse ausgeformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element als Reflektor ausgeformt. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element auch einen reflektierenden
Füllstoff enthalten. Das optische Element kann beispielsweise 10 bis 80 Gewichts%, insbesondere 20 bis 60 Gewichts%, reflektierende Füllstoffe enthalten. Als reflektierende
Füllstoffe können beispielsweise Titandioxid,
Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid und Kombinationen hiervon verwendet werden. Der Reflektor kann beispielsweise auf der Oberfläche der Ausnehmung angeordnet sein und somit die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung reflektieren und somit aus dem Bauelement auskoppeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in dem optischen Element Konvertermaterialien eingebettet.
Konvertermaterialien sind dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter, meist längerer Wellenlänge, zu konvertieren. Die Wahl der Konvertermaterialien ist anmeldungsgemäß nicht begrenzt, sodass sämtliche Konvertermaterialien, die zur Volumenkonversion geeignet sind, in dieser Ausführungsform Anwendung finden können. Beispiele für solche
Konvertermaterialien sind in der WO 98/12757 AI beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Das Konvertermaterial kann als Bestandteil von Partikeln zum Beispiel zusammen mit Bindemitteln vorliegen. Die Partikel können auch aus dem Konvertermaterial bestehen. Die durch Konversion erzeugte Wärme kann aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit des Silikons beziehungsweise des
Polymermaterials, die auf den hohen Vernetzungsgrad im
Silikon zurückgeführt werden kann, gut abgeführt werden.
Hierdurch wird ein stabiler Farbort für das von dem
Bauelement emittierte Licht erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit kann gegebenenfalls wie oben beschrieben durch wärmeleitende Partikel weiter erhöht werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Vorzugsweise wird mit diesem Verfahren das oben beschriebene optoelektronische Bauelement hergestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren die Schritte auf:
- Erzeugen eines optoelektronischen Elements, dazu:
- Bereitstellen eines ersten Materials umfassend ein
cyclisches Siloxan,
- Bereitstellen eines zweiten Materials umfassend ein
lineares Siloxan, wobei eines der beiden Siloxane ein Silan ist und das andere zumindest eine Doppelbindung aufweist,
- Zugabe eines Katalysators,
- Vernetzen des cyclischen Siloxans und des linearen Siloxans durch Hydrosilylierung zur Erzeugung des Silikons als
Polymermaterial .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Vernetzung bei 100 bis 150 °C, beispielsweise bei 120°C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Katalysator ein Platinkatalysator. Vorzugsweise wird als Katalysator ein Karstedt- oder Ossko-Katalysator verwendet. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung des hier beschriebenen Silikons die positiven Eigenschaften verschiedener bereits bekannter Ansätze kombiniert werden können und das resultierende Silikon sich für
optoelektronische Anwendungen eignet. Das hier beschriebene Silikon weist einen hohen Anteil an ringförmigen Molekülen auf und hat dadurch einen höheren Vernetzungsgrad als übliche Silikone. Der Anteil der ringförmigen Moleküle ist
insbesondere abhängig von der Kettenlänge und/oder Molmasse der verwendeten linearen Siloxane. Vorzugsweise liegt der Anteil der ringförmigen Moleküle zwischen 5 und etwa 30 mol%.
Es kann damit ein optisches Element bereitgestellt werden, das eine hohe thermische Stabilität und gleichzeitig
Flexibilität aufweist. Mit dem hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelement oder dem Verfahren zur
Herstellung des optoelektronischen Bauelements können
kommerzielle Produkte verwendet werden, die miteinander vernetzt werden, wodurch ein optisches Element gemäß der
Erfindung bereitgestellt wird. Kommerzielle Systeme sind oft dadurch charakterisiert, dass sie in der Regel bereits für bestimmte Anwendungen optimiert und einfach in der Handhabung sind. Meist handelt es sich um Zweikomponentenkits, die neben der Vinyl- oder Hydridkomponente weitere Zusätze, wie den Katalysator, enthalten. Beide Komponenten werden in einem bestimmten Verhältnis vermischt und einem definierten
Aushärteprogramm unterworfen. Insbesondere ist über die exakte Zusammensetzung, Kettenlänge oder andere molekulare Charakteristika meist nur schwer oder gar keine Information erhältlich . Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann daher wie folgt mit kommerziellen Systemen verfahren werden. Zunächst kann aus den kommerziellen Systemen identifiziert werden, welches der Systeme eine vinyl- beziehungsweise hydridhaltige
Komponente ist. Hierzu kann beispielsweise die IR- Spektroskopie durchgeführt werden. Anschließend kann
festgelegt werden, welche der beiden Komponenten teilweise ersetzt beziehungsweise beaufschlagt werden soll. Da die kommerziellen Systeme eine undefinierbare oder unbestimmbare Zusammensetzung enthalten, ist die Berechnung der molaren Verhältnisse in der Regel nicht möglich. Daher wird das cyclische Additiv, also das cyclische Siloxan, in
verschiedenen Gewichtsverhältnissen zugegeben und das Optimum empirisch untersucht. Um das Gesamtverhältnis konstant zu lassen, kann die jeweils andere Komponente entsprechend aufgestockt werden. Thermogravimetriekurven für derartige Systeme sind beispielsweise in der Figur IE gezeigt.
Alternativ kann die Vernetzung auch mit anderen molekularen oder oligo- oder polymeren Vorstufen erfolgen. Diese haben häufig den Vorteil, dass die Molmasse bekannt ist und daher ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Hydrid- und
Vinylgruppen eingestellt werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform können dabei die entsprechenden Komponenten oder Siloxane eingewogen werden und zirka 1 μΐ (für 5 bis 10 g Gesamtmenge)
Platinkatalysatorlösung (etwa 2 bis 2,5 ppm Platin) zugegeben werden. Als Katalysator kann beispielsweise ein Karstedt- oder Ossko- Katalysator verwendet werden. Die Siloxane und der Katalysator werden vermischt. Anschließend kann die
Vernetzung erfolgen. Je nach Katalysator und Gesamtmenge kann die Reaktionszeit 1 bis 4 h betragen. Die Temperatur der Vernetzung sollte bei 100 °C bis 150 °C liegen.
Weitere Vorteile, vorteilhaften Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1A eine Hydrosilylierungsreaktion,
Figur 1B einen Backbitingmechanismus , Figur IC die Strukturformeln zweier cyclischer Siloxane,
Figur 1D die Hydrosilylierung von cyclischen und linearen Siloxanen, Figur IE Thermogravimetriekurven gemäß einer Ausführungsform und Vergleichsbeispielen, und
Figuren 2 bis 5 jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1A zeigt die Reaktion eines Silans mit einem vinylhaltigen Siloxan unter Einsatz eines Platinkatalysators. Mit anderen Worten wird hier ein Silan an eine Doppelbindung unter einer syn-selektiven Anti-Markovnikov Addition
angebunden. Diese Anbindung kann auch als Hydrosilylierung bezeichnet werden. Eine solche Reaktion ist beispielsweise in „Hydrosilylation - A Comprehensive Review on Recent
Advances", B. Marciniec (ed.), Advances in Silicon Science, Springer Science, 2009, doi : 10.1007/978-1-4020-8172-9, beschrieben . Die Figur 1B zeigt die schematische Darstellung des
sogenannten Backbitingmechanismus. Bei dem
Backbitingmechanismus können lineare Siloxaneinheiten über einen intramolekularen Mechanismus abgebaut werden. Es bilden sich cyclische Siloxane und Reste von linearen
Siloxaneinheiten. Backbiting ist beispielsweise in Brook, M. A., "Silicon in Organic, Organometallic and Polymer
Chemistry", Wiley, New York, 2000, ISBN: 978-0-471-19658-7, beschrieben . Die Figur IC zeigt die Molekülstruktur von D4 vi (links) und D4 H (rechts) . Diese cyclischen Siloxane weisen vier Si-0 Einheiten auf. Es ist also ein Achtringsiloxan . Durch
Vernetzung dieser beiden cyclischen Siloxane entsteht ein Silikon, das eine starke Quervernetzung aufweist daher sehr hart, spröde und glasartig ist. Daher ist es nicht sehr geeignet, um als Verguss für optoelektronische Bauelemente verwendet zu werden. Die Figur 1D zeigt die Reaktion des cyclischen Siloxans mit dem linearen Siloxan zur Bildung des Silikons als
Polymermaterial für das optische Element 50 gemäß einer
Ausführungsform. Generell ist es in diesem Zusammenhang sowohl möglich, die D4 Moleküle als Additive in kommerzielle Produkte einzubringen, als auch sie mit sonstigen linearen oder verzweigten Siloxanen zu kombinieren. Es kann damit ein Silikon bereitgestellt werden, das eine hohe thermische
Stabilität und zugleich Flexibilität aufweist. Effekte der Zugabe von cyclischen Systemen auf die thermischen
Eigenschaften der Silikone konnte mittels
thermogravimetrischer Messungen gezeigt werden (Figur IE) . Dabei wurde das relative Gewicht w in Prozent ~6 in
Abhängigkeit von der Temperatur T in °C aufgetragen. Als Material wurde das kommerziell erhältliche Shin-Etsu LPS 3541 unter Sauerstoffatmosphäre bei 20 K/min Heizrate aufgeheizt. Gezeigt sind zwei Proben des ursprünglichen Systems (1-1 und 1-2) sowie mit 5 Gewichts% Zugabe von D4 vi (1-3) und 10
Gewichts% Zugabe von D4 H (1-4) .
Es ist festzustellen, dass es optimale Verhältnisse gibt, sodass die thermische Stabilität zunächst zunimmt und bei zu hohem Anteil cyclischer Systeme wieder abnimmt oder sogar keine Aushärtung mehr beobachtet werden kann. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Mobilität der bereits vernetzten Ketten abnimmt und somit nicht mehr alle reaktiven Gruppen einen Reaktionspartner finden. Sowohl freie Vinyl- als auch Hydridgruppen sind aber potentielle
Schwachstellen der Polymere und sollten daher durch möglichst vollständige Vernetzung vermieden werden.
Das Material Shin-Etsu LPS 3541 wird laut Herstellerangabe wie folgt verwendet: Das Silikon ist aus zwei Komponenten gebildet, nämlich der Vinyl-Komponente A und der Hydrid- Komponente B, die im Gewichtsverhältnis 1:1 gemischt werden, entsprechend LPS-3541A resin und LPS-3541B hardener. Diese beiden Komponenten werden gut durchmischt, zum Beispiel durch mechanisches Rühren, und anschließend für etwa 30 Minuten unter reduziertem Druck entgast. Die Mischung kann nun in eine gewünschte Form gegossen werden und wird anschließend für 4 Stunden bei 150 °C ausgehärtet.
Die in Abbildung IE gezeigten Systeme Shin-Etsu LPS 3541 wird beispielsweise herstellerseitig im Gewichtsverhältnis 1:1 gemischt. Für einen Zuschlag von 10 Gewichts% D4 H können somit 1 g Si-H-Komponenten, also beispielsweise lineare
Siloxane mit 0,1 g D4 H als cyclisches Siloxan, vermischt werden und anschließend 1,1 g Si-Vinyl-Komponente als zweites lineares Siloxan zugegeben werden. Die Komponenten werden verrührt und dem für das jeweilige System vorgegebenen
Temperaturprogramm unterworfen, wobei insbesondere bei hohen D4 Gehalten gegebenenfalls auf ein langsames Aufheizen geachtet werden muss, da es sonst leicht zur Blasenbildung kommen kann.
Die Vernetzung von Shin-Etsu LPS 3541 mit cyclischen
Siloxanen erfolgt in einem anderen Beispiel wie folgt: Das gewünschte Siloxan, D4 vi oder D4 H, wird in der entsprechenden Menge zugegeben, zum Beispiel 200 mg auf 2 g Gesamtmasse des reinen Silikons LPS 3541, das heißt 1 g Komponente A und 1 g Komponente B. Um die zusätzlichen Reaktivgruppen zu
kompensieren, wird von der jeweils komplementären Komponente, also A bei Verwendung von D4 H und entsprechend B bei
Verwendung von D4 vi, ebenfalls die gleiche Masse zugegeben. Es ergibt sich somit beispielsweise eine Gesamtmischung aus 1 g Komponente A, 200 mg D4 vi und 1,2 g Komponente B. Die übrige Prozedur verläuft bevorzugt gleich gemäß der
Herstellerangabe zu Shin-Etsu LPS 3541, wobei beim Entgasen die Flüchtigkeit der cyclischen Siloxane vorteilhaft
berücksichtigt wird, das heißt, der Enddruck sollte
entsprechend hoch gewählt werden, und beim Aufheizen,
insbesondere bei großen Additivmengen, sollte eine langsamere Heizrate gewählt wird, um ein Überschäumen zu vermeiden. Für die Verwendung der cyclischen Siloxane in anderen
kommerziellen Produkten wird bevorzugt ein analoges Vorgehen verwendet .
Für die Vernetzung von cyclischen mit anderen linearen oder verzweigten Siloxanen ist insbesondere Folgendes zu beachten: Die Verwendung von kommerziellen Produkten wie im obigen Beispiel hat den Nachteil, dass die genauen Parameter der Produkte wie Kettenlänge, Verzweigungsgrad, Zusatzstoffe zur Einstellung von beispielsweise Viskosität oder Haftung oft nicht genau bekannt sind. Im Gegensatz dazu ist es bei der Verwendung von einzeln erhältlichen Siloxanen einfacher, beispielsweise die Anzahl der Reaktivgruppen abzuschätzen und diese aufeinander abzustimmen. Hierzu empfiehlt es sich, ausgehend vom stöchiometrischen Verhältnis eine Optimierung vorzunehmen. Ebenfalls sollte für die jeweilige gewünschte Anwendung des Produkts die zuzugebende Menge an
Platinkatalysator optimiert werden, um einerseits eine vollständige Aushärtung zu erreichen und andererseits die Bildung von Platinkolloiden oder Verfärbungen, wie sie bei zu großen Mengen vorkommen können, zu vermeiden.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Hier ist beispielsweise eine LED gezeigt. Das Bauelement 100 umfasst ein Gehäuse 20 in Verbindung mit einem Trägersubstrat 15. Das Gehäuse kann eine Keramik oder einen hitze- oder strahlungsbeständigen Kunststoff umfassen. In einer
Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 ist ein Halbleiterchip 10 angeordnet, der im Betrieb des Bauelements 100 Strahlung emittiert. Die Seitenwände der Ausnehmung 25 sind hier abgeschrägt und können ein reflektierendes Material umfassen. Der Halbleiterchip 10 kann über elektrisch leitende
Anschlüsse 30, 31 und einem Bonddraht 32 bestromt werden.
Das Bauelement 100 weist ein optisches Element 50 auf. Das optische Element umfasst ein Polymermaterial. Das
Polymermaterial ist ein Silikon. Das Silikon weist
Wiederholeinheiten aus einem cyclischen Siloxan und einem linearen Siloxan auf, die abwechselnd zueinander angeordnet sind. Das optische Element 50 ist hier für die vom
Halbleiterchip 10 emittierte Strahlung transparent und kann als Linse ausgeformt sein (hier nicht gezeigt) . In dem
Beispiel der Figur 2 kann das optische Element 50 auch als Verguss 51 ausgeformt sein, das den Halbleiterchip 10 umgibt. Das optische Element 50 kann Partikel 60 aufweisen,
beispielsweise Konvertermaterialien oder anorganische
Füllstoffe die in dem optischen Element 50 homogen verteilt sind. Alternativ oder zusätzlich kann das Bauelement 100 ein Konversionselement 61 umfassen, das beispielsweise in Form eines Plättchens auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet sein kann (hier nicht gezeigt) . Zudem können weitere anorganische Füllstoffe wie Diffusoren oder wärmeleitende Partikel, wie beispielsweise Siliziumdioxidpartikel, in dem optischen
Element 50 eingebettet sein. Die anorganischen Füllstoffe können beispielsweise 10 bis 80 Gewichts% des optischen
Elements 50 ausmachen. Das Bauelement 100 kann sichtbares Licht mit einem beliebigen Farbeindruck, insbesondere weißes Licht, emittieren.
Das optische Element 50 weist eine hohe thermische Stabilität sowie eine hohe Flexibilität auf, sodass Rissbildungen in dem optischen Element 50 während des Betriebs des Bauelements 100 vermieden werden.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das Bauelement entspricht im Wesentlichen dem Bauelement 100 der Figur 2. Anstelle von
Konvertermaterialien umfassend Partikel 60 ist hier ein
Konversionselement 61 auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet. Das optische Element 50 ist hier als Linse 70 ausgeformt, die das Gehäuse 20 überragen kann.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Es umfasst als optisches Element 50 eine
Linse 70 die auf dem Bauelement 100, beispielsweise mittels eines Klebers, angeordnet ist. Das optische Element 50 umfasst ein Silikon nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform. Eine solche Linse 70 kann separat zum
Beispiel in Form gegossen und gehärtet werden. Der
Halbleiterchip 10 ist in diesem Beispiel mit einem Verguss 51 umhüllt, der die Ausnehmung 25 ausfüllt. Der Verguss 51 kann ebenfalls ein optisches Element 50 nach einer Ausführungsform der Anmeldung sein oder aus herkömmlichen Materialien
bestehen. Das Bauelement 100 kann Konvertermaterialien 60 zum Beispiel in Form von Partikeln oder eines Plättchens umfassen (hier nicht gezeigt) . Die Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optische Element 50 ist hier als
Reflektor 52 ausgebildet und kann einen reflektierenden
Füllstoff umfassen. Der reflektierende Füllstoff kann 10 bis 80 Gewichts%, insbesondere 20 bis 60 Gewichts%, des optischen Elements 50 ausmachen und zu Beispiel aus Titandioxid,
Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid und Kombinationen hiervon ausgewählt sein. Das optische Element 50 kann zumindest einen Teil der Ausnehmung 25 auskleiden und somit die erzeugte
Strahlung reflektieren, wodurch die Strahlungsausbeute des Bauelements 100 erhöht wird. Alternativ kann das optische Element 50 auch einen Teil des Gehäuses 20 ausbilden. Das Gehäuse 20 kann auch ganz aus dem Polymermaterial des optischen Elements 50 gefertigt sein um weist dann zumindest im Bereich der Ausnehmung einen reflektierenden Füllstoff auf .
Der Halbleiterchip 10 ist in diesem Beispiel mit einem
Verguss 51 vergossen, wobei der Verguss 51 wiederum ein optisches Element 50 nach zumindest einer Ausführungsform der Anmeldung sein kann.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen und deren Merkmale können gemäß
weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im
allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie die Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 115 907.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
10 Halbleiterchip
15 Tragersubtrat
20 Gehäuse
25 Ausnehmung
30 erster Anschluss
31 zweiter Anschluss
32 Bonddraht
50 optisches Element
51 Verguss
52 Reflektor
60 Partikel oder Konvertermaterial
61 Konversionselement
70 Linse

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100), das zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, aufweisend
ein optisches Element (50), das ein Silikon als
Polymermaterial umfasst, wobei das Silikon Wiederholeinheiten aus einem cyclischen Siloxan und einem linearen Siloxan aufweist, die abwechselnd angeordnet sind.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Silikon die folgende Strukturformel aufweist:
Figure imgf000026_0001
- wobei Ri bis Ri s unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, Alkyl, Alkylen, Alkylarylen, Cycloalkyl und Aryl umfasst,
- n zwischen 1 und 1000 ausgewählt ist,
- m zwischen 1 und 3 ausgewählt ist, und
- r zwischen 1 und 100 ausgewählt ist.
3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
ende Struktureinheit aufweist:
Figure imgf000026_0002
wobei R2 bis R7 und n dasselbe wie im Anspruch 2 bedeuten.
4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das cyclische Siloxan die folgende Struktureinheit aufweist :
Figure imgf000027_0001
wobei R12 bis R15 und m dasselbe wie im Anspruch 2 bedeuten.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das cyclische Siloxan und das lineare Siloxan durch Hydrosilylierung verbunden sind.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei Ri eine Vinyl-Gruppe umfasst und Ris ein H ist.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei m gleich 2 ist.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei m=2, Ri ein vinylumfassender Rest und R12 bis R14 jeweils H sind.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das cyclische Siloxan und das lineare Siloxan im
Verhältnis 1:1 bis 1:10 gemischt sind.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optische Element (50) als Verguss (51) ausgebildet ist und einen Halbleiterchip (10) umgibt.
11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in dem optischen Element (50) Konvertermaterialien (60) eingebettet sind.
12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optische Element (50) als Linse (70) oder Reflektor (52) ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (100) mit den Schritten:
- Erzeugen eines optischen Elements (50) dazu:
- Bereitstellen eines ersten Materials umfassend ein cyclisches Siloxan,
- Bereitstellen eines zweiten Materials umfassend ein lineares Siloxan, wobei eines der beiden Siloxane ein Silan ist und das andere zumindest eine Doppelbindung aufweist,
- Zugabe eines Katalysators,
- Vernetzen des cyclischen Siloxans und des linearen Siloxans durch Hydrosilylierung zur Erzeugung des Silikons als Polymermaterial.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei die Vernetzung bei 100 °C bis 150 °C erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
wobei der Katalysator ein Platin-Katalysator ist.
PCT/EP2017/070780 2016-08-26 2017-08-16 Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Ceased WO2018036883A1 (de)

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