CN109075238A - 制造光电子部件的方法和光电子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造光电子部件(100)的方法，其具有下列步骤：A)提供半导体(3)，其能够发射初级辐射(8)，B)提供烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)，并C)使所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)交联以形成三维交联的聚有机硅氧烷(4)，其中所述三维交联的聚有机硅氧烷(1)的有机含量是最多25重量%。

Description

制造光电子部件的方法和光电子部件
本发明涉及制造光电子部件的方法。此外，本发明涉及光电子部件。
光电子部件，例如发光二极管或大功率发光二极管（LED）通常具有由聚有机硅氧烷（硅酮）形成的透明部件。但是，这些透明部件不具有足够的温度稳定性和蓝光稳定性（Blaulichtstabilität）。而且，其它材料作为透明部件也不够蓝光稳定和温度稳定，或要求超过对于LED芯片允许限值的加工温度，例如玻璃。因此，传统聚有机硅氧烷的较少有利性能由于缺乏替代品而导致对于光电子部件的限制。所用传统聚有机硅氧烷的有限的温度稳定性和蓝光稳定性导致较低的最大环境温度、对散热体的较小热阻和小额定电流的规定。高的渗透性可能额外地是限制使用光电子部件的原因。例如，具有高的硫或硫化物含量的气氛或挥发性有机化合物的存在可能扩散到光电子部件中并损害它们。此外，由于传统硅酮的高的热膨胀（250至300 ppm），需要特定的壳体匹配，以例如避免脱层。特别以所需壳体形状存在的传统聚有机硅氧烷通过贵金属催化的加成而交联。聚合物链在此在固化过程中结合，在该固化过程中Si-H键与C-C双键在加聚中反应并形成Si-C键。
本发明的目的是提供制造光电子部件的方法，该方法提供稳定的光电子部件。特别地，所制造的光电子部件是温度稳定和/或蓝光稳定的。此外，本发明的目的是提供稳定，特别是温度稳定和/或蓝光稳定的光电子部件。
所述目的通过根据独立权利要求1的制造光电子部件的方法实现。本发明的有利实施方式和扩展方式是从属权利要求的主题。此外，所述目的通过根据权利要求15的光电子部件实现。
在至少一个实施方案中，所述制造光电子部件的方法具有下列步骤：
A) 提供半导体，其能够发射初级辐射，
B) 提供烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂，特别是甲氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂，并
C) 使所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂，特别是甲氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂交联以形成三维交联的聚有机硅氧烷，其中所述三维交联的聚有机硅氧烷的有机含量是最多25重量%，即最大25重量%。
发明人已认识到，通过在此描述的方法可以产生部件，其相比于具有传统硅酮的部件而言具有提高的温度稳定性和/或蓝光稳定性。所述交联的聚有机硅氧烷可以作为透镜、壳体、浇铸材料和/或转换器元件成型并且出色地用于大功率LED。
根据至少一个实施方案，所述光电子部件具有半导体。该半导体包括半导体层序列。该半导体的半导体层序列优选地基于III-V化合物半导体材料。所述半导体材料优选是氮化物化合物半导体材料，例如AlnIn1-n-mGamN或磷化合物半导体材料，例如AlnIn1-n-mGamP，其中分别地0 ≤ n ≤ 1，0 ≤ m ≤ 1且n + m ≤ 1。同样地，所述半导体材料可以是AlxGa1-xAs，其中0 ≤ x ≤ 1。在此，该半导体层序列可以具有掺杂物质以及额外的成分。但是，为了简单，仅说明该半导体层序列的晶格的主要成分，即Al、As、Ga、In、N或P，甚至当它们可以部分地被少量其它物质替代和/或补充时。
所述半导体层序列包含具有至少一个pn结和/或具有一个或具有多个量子阱结构的活性层。在该半导体或半导体芯片运行中，在该活性层中产生电磁辐射。该半导体因此能够发射初级辐射。特别地，该初级辐射的发射通过半导体的辐射主面进行。特别地，该辐射主面具有垂直于光电子部件的半导体层序列的生长方向的取向。半导体芯片的侧面在此和下文中表示具有平行于光电子部件的半导体层序列的生长方向的取向的侧面。该初级辐射的波长或该初级辐射的波长最大值优选位于紫外和/或可见和/或IR光谱范围中，特别是在包括420 nm至800 nm，例如在包括440 nm至480 nm的波长下。
根据至少一个实施方案，所述半导体是发光二极管，简称LED。该半导体此时优选被设置用于发射蓝光、绿光、红光。在存在转换器元件的情况下，所述光电子部件特别是被设置用于发射白色的混合光。
根据至少一个实施方案，该方法具有方法步骤B) 提供烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)，特别是甲氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂。该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂的烷氧基含量可以是包括15重量%至包括40重量%，特别是包括17重量%至包括35重量%，例如17重量%和35重量%。
根据至少一个实施方案，所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂是烷氧基含量为17 +/- 4重量%的烷氧基官能化的甲基苯基硅树脂。特别地，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂在室温下借助催化通过渗入空气水分经由水解反应和/或缩合反应而固化。合适的催化剂是例如钛酸酯，其与强碱组合。
根据至少一个实施方案，所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂是烷氧基含量为35 +/- 4重量%的烷氧基官能化的甲基硅树脂。特别地，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂是二甲基硅树脂。
所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂在固化过程和/或交联过程中特别地具有积极性能，即其丧失少许体积或其交联产物可占据小体积和扩散出去。由此防止在出现的层厚度下不能形成裂纹和缺陷。此外，生成的三维交联的聚有机硅氧烷具有足够高的柔性，其允许无裂纹地制造厚度为例如直至300 μm的元件。
根据至少一个实施方案，在方法步骤B)中使用苯基和/或甲基取代的硅氧烷，其在缩合反应中与周围水分形成聚有机硅氧烷。在此，若干μm，特别是层厚度为20至80 μm的层也是可能的，而不生成裂纹或缺陷。所述三维交联的聚有机硅氧烷明显不同于如今通常用于光电子部件封装的传统硅酮。所述三维交联的聚有机硅氧烷可以借助IR光谱或通过测定其硬度和/或通过其热稳定性来识别。
根据至少一个实施方案，步骤B)借助浇铸、滴涂（Drop casting）、旋涂、喷涂、压缩模塑和/或刮涂进行。
根据至少一个实施方案，所述方法具有方法步骤C)使所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂交联以形成三维交联的聚有机硅氧烷。特别地，该三维交联的聚有机硅氧烷以窄网眼的形式成型和形成窄网眼的三维Si-O网络。窄网眼在此和下文中表示该交联的聚有机硅氧烷在固化后具有不大于25重量%的有机含量。特别地，该三维交联的聚有机硅氧烷的有机含量是包括13重量%至包括18重量%或包括14重量%至包括16重量%，例如15重量%。该有机含量可以借助热重分析（TGA）在空气中测定。特别地，有机含量的测定在500℃或1000℃的温度下进行。该灰化过程可以直至500℃或直至1000℃进行，直至达到重量恒定。有机成分可例如是甲基和/或苯基。
根据至少一个实施方案，步骤C)中的交联是缩合交联。该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂不借助加成反应交联。
根据至少一个实施方案，所述交联的聚有机硅氧烷具有大于70的肖氏A硬度。肖氏硬度的测定在标准DIN-ISO 868和DIN- ISO 7619-1中规定。
根据至少一个实施方案，所述交联的聚有机硅氧烷具有高的温度耐受性。特别地，具有CH3基团作为有机基团的聚有机硅氧烷具有直至250℃的温度耐受性，具有CH3基团和苯基作为有机基团的聚有机硅氧烷具有直至280℃的温度耐受性。
根据至少一个实施方案，向所述交联的聚有机硅氧烷或烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂添加至少一种填料。特别地，该填料是二氧化钛。具有二氧化钛的交联的聚有机硅氧烷特别地具有直至380℃ 的温度耐受性。
根据至少一个实施方案，将所述交联的聚有机硅氧烷或烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂与至少一种发光物质，特别是石榴石混合。特别地，此时该交联的聚有机硅氧烷具有直至400℃的温度耐受性。
根据至少一个实施方案，方法步骤C)中的交联借助温度和/或水分，特别是空气水分或UV辐射进行。特别地，方法步骤C)中的交联在室温至220℃的温度下进行。特别地，方法步骤C)中的交联借助温度和水分进行。
根据至少一个实施方案，步骤C)中产生的交联的聚有机硅氧烷的质量在直至200℃的温度下是恒定的。恒定在此和下文中是指存在< 5 %或2 %或1 %的最大质量差。质量差在此是指所述聚有机硅氧烷在交联之前和之后的质量差。
根据至少一个实施方案，所述交联的聚有机硅氧烷具有下列结构式：
。
在此，R各自是甲基和/或苯基。有机基团确保了良好的可加工性和与填料的相容性。
根据至少一个实施方案，所述交联的聚有机硅氧烷作为转换器元件成型或所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂作为转换器元件成型。该交联的聚有机硅氧烷是布置或被布置在半导体的光束路径中。特别地，该转换器元件是布置或被布置为与所述半导体呈直接机械和/或电和/或热接触。特别地，该转换器元件是直接布置或被直接布置在半导体芯片的辐射主面上。
根据该方法的至少一个实施方案，其额外地具有步骤D)：
将所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂作为转换器元件至少施加到半导体的辐射主面上，其中该转换器元件具有至少一种发光物质，其将初级辐射转变成次级辐射。特别地，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂作为转换器元件布置到半导体芯片的辐射主面上和侧面上。替代地，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂作为转换器元件仅布置到半导体芯片的辐射主面上。
根据该方法的至少一个实施方案，在步骤D)中施加所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂并且将该交联的聚有机硅氧烷作为转换器元件成型并且直接布置在半导体的辐射主面上。特别地，该转换器元件额外地具有至少一种发光物质，其将半导体的初级辐射转变成次级辐射。特别地，该次级辐射具有另一波长最大值，优选比初级辐射更长的波长最大值。
根据至少一个实施方案，所述发光物质选自YAG-发光物质、LuAG-发光物质、石榴石、原硅酸酯、碱土金属氮化物、Calsine和它们的组合。特别地，该发光物质是铝石榴石，例如YAG:Ce或LuAG。此外，该发光物质可以在该交联的聚有机硅氧烷中具有最小50重量%的含量。换句话说，该发光物质，优选铝石榴石、碱土金属氮化物或其组合的至少50重量%在方法步骤C)后分散在所述交联的聚有机硅氧烷中。
根据至少一个实施方案，所述方法具有另一个方法步骤：将至少一种发光物质引入交联的聚有机硅氧烷或烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂。特别地，该发光物质是铝石榴石，并且以最大25、15、10、8、5、3或2重量%的含量分散在该交联的聚有机硅氧烷中。
根据至少一个实施方案，所述方法具有方法步骤E)：将所述交联的聚有机硅氧烷作为体积浇铸件（Volumenverguss）至少局部地布置在光电子部件的壳体的凹处内，其中该半导体形状配合地被所述交联的聚有机硅氧烷包围并且在截面中具有至少250 μm的厚度，其中所述发光物质是铝石榴石、碱土金属氮化物或其组合，其中所述发光物质在该交联的聚有机硅氧烷(4)中具有最大25重量%的含量。如果该发光物质是铝石榴石和碱土金属氮化物的组合，则“最大25重量%”表示该发光物质的两个重量含量的总和。
特别地，截面中的厚度具有至少250 μm，例如300 μm的值。
根据至少一个实施方案，所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂通过前体的水解而产生。
根据至少一个实施方案，将所述交联的聚有机硅氧烷布置在半导体的光束路径中。
根据至少一个实施方案，将所述交联的聚有机硅氧烷作为壳体和/或透镜成型。
根据至少一个实施方案，将所述转换器元件作为体积浇铸件成型。替代地，将该转换器元件作为层厚度为包括20 μm至100 μm的层成型。
此外，提供光电子部件。该光电子部件优选通过上述方法制造。这意味着，对于该方法公开的所有特征也对于该光电子部件公开，且反之亦然。
其它优点、有利实施方案和扩展方案来自下文中结合附图描述的实施例。
图1A至1C显示了根据一个实施方案的制造光电子部件的方法，
图2A和2B显示了硅酮和根据对比例的玻璃的结构，
图3显示了根据一个实施方案的热重分析，且
图4A和4B分别显示了根据一个实施方案的光电子部件。
在实施例和图中，相同、同类或起相同作用的元件可以分别配备有相同附图标记。所示的元件及其彼此的尺寸比率不认为是比例准确的。相反，为了可更好地描绘和/或为了更好的理解，各个元件例如层、零件、部件和区域可以示为夸张地大。
图1A至1C显示了根据一个实施方案的制造光电子部件100的方法。图1A显示了将半导体3提供到基底或载体2上。载体2可以例如是电路板或由玻璃制成。半导体3可以在壳体21内布置在凹处14中。在图1B中显示了可以提供烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1。在此，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂布置到壳体21的凹处14中。特别地，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1形成浇铸件。最后，如图1C所示，该烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1可以交联7。交联7可以例如以热方式和/或借助UV辐射任选在空气水分下进行。由此由烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1形成三维交联的聚有机硅氧烷4。所述三维交联的聚有机硅氧烷4具有窄网眼的三维SiO网络并且特别是极其温度稳定和/或蓝光稳定的。特别地，该交联的聚有机硅氧烷4具有比传统硅酮更少的有机基团（参见图2A，传统硅酮）。所述有机含量是最高 25重量%，基于交联的聚有机硅氧烷4的总含量计。交联的聚有机硅氧烷4的渗透性相比于传统硅酮而言更小。此外，交联的聚有机硅氧烷4相比于柔性的传统硅酮而言更硬。相比于大致具有150℃的温度稳定性的传统硅酮而言，交联的聚有机硅氧烷4具有>200℃的温度稳定性。另一方面，可以在使用交联的聚有机硅氧烷4的情况下选择比传统硅酮更高的加工温度，因为其是更温度稳定的。
交联的聚有机硅氧烷4在交联程度或交联密度方面具有传统硅酮结构和玻璃或熔融硅酸盐结构之间的中间位置（参见图2A和2B）。
烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1可以被浇铸。在浇铸时，可以将若干毫升的烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1以例如> 2 mm的厚度填充到容器中、交联并产生交联的聚有机硅氧烷4。
在所谓的滴涂法中，可以例如将烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂1的液滴施加到载体上，特别地产生约0.5 mm或约0.3 mm的厚的层厚度。
借助旋涂，可以产生< 10或< 25 μm的薄的层厚度和薄膜厚度。
图3显示了根据一个实施例的热重分析（TGA）。从图表中可知，在< 200℃的温度下可观察到仅小的质量损失。在600℃以上时，可观察到约15重量%至约85重量%的质量损失。根据加热速率，可以甚至在 500℃或1000℃下观察到最大 25重量%的质量损失（在此未显示）。
图4A和4B分别显示了根据不同实施方案的光电子部件100的示意性侧视图。特别地，光电子部件100是发光二极管，简称LED。
在如图4A所示的实施例中，交联的聚有机硅氧烷4包裹半导体3的整个表面。特别地，交联的聚有机硅氧烷4具有围绕半导体3周围的恒定厚度。
根据图4B，将半导体3布置在凹处14中。凹处14可以被浇铸件9（交联的聚有机硅氧烷4作为基质材料）填充。在交联的聚有机硅氧烷4中，可以嵌入至少一种发光物质 13，其被设置用于将初级辐射转换成次级辐射。换句话说，交联的聚有机硅氧烷4围绕着半导体3直接布置。
结合所述图所描述的实施例及其特征也可以根据另外的实施例而相互组合，甚至当这类组合未明确示于所述图中时。此外，结合所述图所描述的实施例可以具有根据一般部分中说明的额外或替代性的特征。
本发明不被借助实施例的说明而限制。相反，本发明包括各个新特征以及特征的各个组合，这特别地包括权利要求中的特征的各个组合，甚至当这一特征或这一组合本身未明确示于权利要求或实施例中。本专利申请要求US专利申请62/324,028的优先权，其公开内容经此通过引用并入。
附图标记列表
100 光电子部件
1 烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂
2 基底或载体
3 半导体
4 交联的聚有机硅氧烷
5 透镜
6 反射器
7 交联
8初级辐射的发射
9 体积浇铸件
10次级辐射的发射
11 转换器元件
12 辐射主面
13 发光物质
14 凹处
21 壳体。

Claims (15)

1.制造光电子部件(100)的方法，其具有下列步骤：
A) 提供半导体(3)，其能够发射初级辐射(8)，
B) 提供烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)，并
C) 使所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)交联以形成三维交联的聚有机硅氧烷(4)，其中所述三维交联的聚有机硅氧烷(4)的有机含量是最多25重量%。
2.根据权利要求1的方法，
其中步骤C)中的交联是缩合交联。
3.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中三维交联的聚有机硅氧烷(4)的有机含量是包括13重量%至包括18重量%。
4.根据前述权利要求中至少一项的方法，其中交联的聚有机硅氧烷(4)具有大于70的肖氏A硬度。
5.根据前述权利要求中至少一项的方法，其中所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)是烷氧基含量为17 +/- 4重量%的烷氧基官能化的甲基苯基硅树脂。
6.根据前述权利要求1-4中至少一项的方法，
其中烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(1)是烷氧基含量为35 +/- 4重量%的烷氧基官能化的甲基硅树脂。
7.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中交联的聚有机硅氧烷(4)布置在半导体(3)的光束路径中。
8.根据前述权利要求中至少一项的方法，其额外地具有步骤D)：
将烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂(4)作为转换器元件(11)施加到半导体(3)的辐射主面(12)上，其中转换器元件(11)具有至少一种发光物质(13)，其将初级辐射(8)转变成次级辐射(10)。
9.根据前述权利要求8的方法，其中所述发光物质是铝石榴石、碱土金属氮化物或其组合，其中所述发光物质在交联的聚有机硅氧烷(4)中具有最小50重量%的含量。
10.根据前述权利要求中至少一项的方法，其额外地具有步骤E)：
将交联的聚有机硅氧烷(4)作为体积浇铸件(9)至少局部地布置在光电子部件(100)的壳体的凹处(14)内，其中半导体(3)形状配合地被交联的聚有机硅氧烷(4)包围并且在截面中具有至少250 μm的厚度，其中所述发光物质是铝石榴石、碱土金属氮化物或其组合，其中所述发光物质在交联的聚有机硅氧烷(4)中具有最多25重量%的含量。
11.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中交联的聚有机硅氧烷(4)作为壳体(21)或透镜(5)成型。
12.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中步骤B)借助浇铸、滴涂、旋涂、刮涂、喷涂或压缩模塑进行。
13.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中步骤C)中的交联(7)借助温度和/或水分或UV辐射进行。
14.根据前述权利要求中至少一项的方法，
其中所述烷氧基官能化的聚有机硅氧烷树脂通过前体水解而产生。
15.光电子部件(100)，其通过根据权利要求1至14中至少一项的方法可得。
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