JP5755365B2 - キャリア、キャリアを備えたオプトエレクトロニクスユニット、ならびにキャリアおよびオプトエレクトロニクスユニットの製造方法 - Google Patents

キャリア、キャリアを備えたオプトエレクトロニクスユニット、ならびにキャリアおよびオプトエレクトロニクスユニットの製造方法 Download PDF

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Description

キャリアと、キャリアを備えたオプトエレクトロニクスユニットと、キャリアおよびオプトエレクトロニクスユニットの製造方法とを提供する。
従来技術においては、発光ダイオードのハウジング材料として、例えば白色の熱可塑性ポリマ系の材料（例えば高温において安定的なポリアミドなど）が公知である。しかしながら、これらの材料は、高い温度において、および特に青色光の影響下で、黄変の傾向を有することが示された。このような経年劣化挙動によって、例えば、ハウジングの反射能力が低下することにより発光ダイオードの光の強度が減少することがある。
経年劣化挙動が改善された熱可塑性プラスチック（例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ））も公知であるが、これらの材料は反射率が低く、低い放射強度による光の損失を考慮する必要がある。
さらには、白色のシリコーンも公知であるが、この材料は機械的な弱さ（特に脆性）を有し、かつ極めて高価である。
具体的な実施形態の少なくとも１つの目的は、オプトエレクトロニクス半導体ユニットのキャリアを提供することである。具体的な実施形態のさらなる目的は、キャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットを提供することと、キャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットの製造方法を提供することである。
これらの目的は、以下の説明による主題および方法によって達成される。主題および本方法の有利な実施形態および発展形態は、請求項に記載されており、さらに以下の説明および図面にも示してある。
少なくとも一実施形態によると、キャリアは、ポリエチレンテレフタレートを含んだキャリア材料を有する。本発明によると、キャリア材料中のポリエチレンテレフタレートによって、黄変に対する極めて良好なレベルの耐性を達成できる。これは特に、高いエネルギの光（すなわち例えば青色光や紫外光）によってキャリアが照射され、同時に高い温度下にあるときにあてはまる。先行技術による従来使用されているポリアミドでは、約１２０℃の高い温度において青色光によって比較的短時間だけ照射した後でも、照射された領域に経年劣化の明確な痕跡が現れることが観察された。対照的に、本明細書に記載されているキャリア材料では、類似する照射条件およびさらに高い温度下で、そのような経年劣化の痕跡は観察されなかった。したがって、ポリエチレンテレフタレートを含んだキャリア材料を有する、本明細書に記載されたキャリアの場合、特に青色から紫外線のスペクトル領域の光波長における経年劣化の痕跡を回避することができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、反射粒子を備えている。反射粒子は、特に、キャリア材料のポリエチレンテレフタレート中に分散させることができる。さらに、反射粒子は、特に、キャリア材料に反射特性もしくは光拡散特性またはその両方を与えるのに適したものとすることができる。これを目的として、反射粒子は、光拡散性もしくは光反射性またはその両方とすることができる。特に、キャリア材料は、反射粒子によって有色に見えるようにすることができる。反射粒子によってキャリア材料が白色になる、すなわちキャリアが、広いスペクトル領域、特に、可視スペクトル領域において、および特に好ましくは、紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域、赤外スペクトル領域のうちの少なくとも１つにおいて反射性であるならば、特に有利である。さらには、反射粒子によって、および反射粒子によってキャリア材料が有色になることによって、キャリア材料の照射に対する耐性を高めることも可能である。
さらなる実施形態によると、反射粒子は、好ましくは１．７以上の高い屈折率を有する無色の無機顔料を有する。したがって、反射粒子は、チタン酸化物（特に二酸化チタン（ＴｉＯ２））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ジルコニウム酸化物（特に二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２））、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）のうちの少なくとも１種類または複数種類の材料を含んでいることができる。
さらなる実施形態によると、反射粒子は、特に好ましくは、２００〜５００ｎｍの粒子の大きさを有する。粒子の大きさは、例えば、スクリーニング法によって測定することができる。このような大きさの範囲においては、反射粒子は高い反射率を達成するうえで特に適しており、さらには、キャリア材料の寸法安定性に関して有利な特性も確保される。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、キャリア材料の合計重量に対して１５重量％以上の割合の反射粒子を有する。さらに、反射粒子の割合は、好ましくはキャリア材料の３０重量％以下とすることができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、ポリエチレンテレフタレートおよび反射粒子を備えている。試験によると、例えば二酸化チタンによって有色となるポリエチレンテレフタレートは、発光ダイオードハウジング用の先行技術の従来の材料と比較して、経年劣化に対する卓越した安定性と極めて高いレベルの反射率とを有することが示された。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、少なくとも１種類のさらなる充填材を有する。さらなる充填材は、特に、加熱時におけるキャリアの寸法安定性を高めることができる。さらに、キャリアの機械的特性（例えば引張応力および剪断応力に対するキャリアの安定性）も改善することができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材を含んだポリエチレンテレフタレートを備えている。例えば、キャリア材料は、本質的にポリエチレンテレフタレートからなることができ、ポリエチレンテレフタレートに反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材が含まれている、特に、例えば混合されている。
さらなる充填材は、例えば、繊維状の材料、特に、ガラス繊維を備えていることができる。ガラス繊維は、例えば、２００〜４００μｍの平均長さと６〜１５μｍの平均直径を有することができる。
キャリア材料にガラス繊維を加えることによって、キャリア材料の加熱時の寸法安定性を、ポリエチレンテレフタレートと反射粒子の混合物と比較して、約２５５℃まで高めることができ、これにより、例えば、２５０℃＋／−５℃の最大温度におけるキャリアのはんだ付け性が保証されることが示された。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、架橋添加剤を有する。架橋添加剤によって、加熱時の寸法安定性をさらに高めることができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、反射粒子と、少なくとも１種類のさらなる充填材と、架橋添加剤とを含んだポリエチレンテレフタレートを備えている。例えば、キャリア材料は、本質的に、架橋添加剤を有するポリエチレンテレフタレートからなることができ、ポリエチレンテレフタレートには、反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材が含まれている、特に、例えば混合されている。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、架橋添加剤としてテトラアリルイソシアヌレート（tetraallyl isocyanurate）を含んでいる。架橋添加剤は、キャリアを形成する前に、例えば混合または溶融混合によってキャリア材料に加えることができる。特に、純粋なテトラアリルイソシアヌレートの場合、架橋添加剤は液体形態とすることができ、すなわち、液体または液化したポリエチレンテレフタレートに架橋添加剤を混合することができる。さらには、架橋添加剤（すなわち例えばテトラアリルイソシアヌレート）を、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートを有するマスターバッチの形で（特に、高濃度化されたマスターバッチとして）用意し、キャリア材料としての上述した材料（特にポリエチレンテレフタレート）に混合する、または溶融混合によって混合することも可能である。後者は、混ぜ合わせ（compounding-in）と定義することもできる。この場合、キャリア材料は、本質的には、例えば、架橋添加剤を有するポリエチレンテレフタレートと、使用するマスターバッチのベースを形成するポリマ（すなわち特に好ましくは、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート）とからなることができ、この場合、反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材が含まれている（特に例えば混合されている）。
架橋添加剤は、キャリア材料のポリエチレンテレフタレートにおいて少なくとも部分的に架橋することができる。ポリエチレンテレフタレートにおいて架橋する架橋添加剤の割合によって、キャリア材料の加熱時の寸法安定性を調整することができ、特に、架橋添加剤が含まれないキャリア材料と比較して、加熱時の寸法安定性を高めることができる。
さらなる実施形態においては、架橋添加剤は、キャリア材料内で完全に架橋している。言い換えれば、キャリア材料中に存在する架橋添加剤の全体が、キャリア材料のポリマ網目構造に組み込まれている。このタイプの完全な組み込みまたは完全な架橋形成は、架橋しない形における架橋添加剤がキャリア材料の黄変またはその他の経年劣化の痕跡につながり得る場合に、特に有利であり得る。
さらなる実施形態によると、架橋添加剤は、キャリア材料の４重量％以下の割合を有する。さらには、架橋添加剤は、キャリア材料の２重量％以上の割合を有することができる。この割合の架橋添加剤がキャリア材料に加えられることにより、特に、キャリア材料のポリマ網目構造に架橋した後（例：放射線架橋）、キャリアの加熱時の寸法安定性をさらに高めることができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、架橋添加剤およびさらなる充填材を有する。さらなる充填材は、上述したように例えばガラス繊維を有することができる。さらに、さらなる充填材は、ガラス球や無機充填材、またはこれらの材料の混合物を有することができる。セルロース繊維、および、セルロース繊維と上述した材料のうちの１種類または複数種類との混合物を、さらなる充填材としてキャリア材料に含めることができる。無機充填材としては、例えば、ウォラストナイト（珪灰石）、白亜（炭酸カルシウム）、滑石のうちの少なくとも１種類を、繊維状、粉末状、板状においてキャリア材料に混合することができる。このタイプの無機充填材を使用するときには、キャリア材料の特に滑らかな表面を形成することができ、したがって特に滑らかなキャリア外面を達成することができる。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、キャリア材料を基準として２０重量％以上の割合でさらなる充填材を有する。さらに、キャリア材料は、キャリア材料の５０重量％以下の割合でさらなる充填材を有することができる。上記の範囲内の割合でさらなる充填材を混合することによって、高い程度の寸法安定性（特に、加熱時の寸法安定性）と、機械的安定性の改善とを達成することが可能であり、これは有利である。
さらなる実施形態によると、キャリア材料は、ポリブチレンテレフタレートも含んでいる。特に、キャリア材料中のポリブチレンテレフタレートの割合が６０重量％以下、好ましくは２０重量％以下、特に好ましくは１０重量％以下であるならば、有利であり得る。結果として、キャリア材料は、依然として十分に高い割合のポリエチレンテレフタレートを含んでいることができる。例えば、キャリア材料は、実質的に、ポリエチレンテレフタレートと、上述した割合（特にキャリア材料の２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下）のポリブチレンテレフタレートの混合物とからなることができ、この場合、反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材が含まれており、特に、例えば混合されている。さらには、キャリア材料は、実質的に、ポリエチレンテレフタレートと、上述した割合（特にキャリア材料の２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下）を有するポリブチレンテレフタレートと架橋添加剤の混合物とからなることができ、この場合、反射粒子および少なくとも１種類のさらなる充填材が含まれており、特に、例えば混合されている。
キャリア材料にポリブチレンテレフタレートを混合することによって、キャリア材料の加工性と、特に、キャリア材料の結晶化とを改善することが可能である。ポリエチレンテレフタレートと比較してポリブチレンテレフタレートのアルキレン鎖はわずかに長いため、キャリア材料の結晶化の傾向を改善することが可能である。完成したキャリアにおけるキャリア材料の結晶化の程度が高いことによって、ガラス温度以上においてキャリア材料を寸法的に安定させることができる。特に高い程度の結晶化によって、キャリアの寸法安定性を最大にすることができる。さらには、ポリブチレンテレフタレートを混合することによって、機械的特性（例えば、剛性、強度、堅牢性、水分の吸収性、収縮性（shrinkage intake））の面でキャリア材料を最適化し、さらに耐化学性を改善することが可能である。さらには、ポリブチレンテレフタレートを混合することによって、キャリア材料の放射線架橋能力を改善することが可能である。
さらに、射出成形法を使用してキャリアを作製する場合、結晶化の程度の増大を達成することが可能であり、本明細書に記載されているキャリア材料は、射出成形によって成形され、適切なゆっくりとした速度で冷やされる、または造核剤が加えられる。キャリア材料にポリブチレンテレフタレートを加えることによって、結晶化の程度を制御することがさらに可能である。
少なくともさらなる一実施形態によると、オプトエレクトロニクスユニットは、上述した実施形態のうちの少なくとも１つまたはいくつかによる特徴を有するキャリアを備えている。さらに、キャリアの上にオプトエレクトロニクス半導体チップが配置されている。
さらなる実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体チップは、発光半導体チップまたは受光半導体チップとして設計されている。例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップは、発光ダイオードチップ、レーザダイオードチップ、フォトダイオードチップのうちの１種類または複数種類とすることができる。さらに、少なくとも２個またはさらに多くのオプトエレクトロニクス半導体チップをキャリアの上に配置することができる。さらには、さらなる電子部品、例えば静電放電を防止するための保護ダイオード、いわゆるＥＳＤ保護ダイオード（ＥＳＤ：「静電放電（electro-static discharge）」）を、キャリアの上に配置することも可能である。
さらなる実施形態によると、キャリアはキャリアプレートとして形成されている。したがって、キャリアは、特に、オプトエレクトロニクス半導体チップの平板状キャリアとして、あるいは平板状または少なくとも部分的に平板状のキャリアプレートとしての役割を果たすことができる。
さらなる実施形態によると、キャリアは、ハウジング凹部を有するハウジングとして形成されている。好ましくは平坦または少なくとも部分的に平坦な底面を有するハウジング凹部には、中にオプトエレクトロニクス半導体チップを配置することができる。特に、ハウジング凹部は、例えば横方向の境界を形成する側壁を有することができ、この側壁は、ハウジング内に配置されているオプトエレクトロニクス半導体チップを横方向に囲んでいる。この場合、側壁は、ハウジング凹部の底面に対して垂直な向きとすることができるが、特に好ましくは、側壁を少なくとも部分的に傾斜させて形成することができ、したがってハウジング凹部は、例えば断面が底面から次第に大きくなるボウル状の形状を有する。ハウジング凹部の側壁は、特に、発光半導体チップとして形成されているオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される光を反射するように、または、受光半導体チップとして形成されているオプトエレクトロニクス半導体チップが受け取る電磁放射を反射するように、形成することができる。特に、このタイプの反射を目的としたとき、キャリア材料に含まれている反射粒子は有利であり、場合によっては必要である。放出される光、または受光される光は、特に、紫外放射のスペクトル領域から赤外放射のスペクトル領域までの（特に可視光の）波長の光とすることができる。ハウジング凹部の反射性の側壁は、例えば環状（すなわちほぼ円形または楕円形）の形状とすることができる。長方形形状または複合形状も可能である。本オプトエレクトロニクス半導体ユニットにおいては、ハウジング凹部の反射性の側壁は、一般的には、ハウジング凹部の中に配置されているオプトエレクトロニクス半導体ユニットを枠状に囲んでいる。
さらなる実施形態によると、本オプトエレクトロニクスユニットは、ハウジング凹部を有するハウジングを有し、ハウジング凹部の中にオプトエレクトロニクス半導体チップが配置されており、キャリアが、ハウジングのハウジング凹部の一部を形成している。すなわち、特に、ハウジング凹部の側壁もしくは底面またはその両方がキャリアによって形成されている。さらに、キャリアは、さらなる材料（特に、キャリア材料とは異なるさらなる合成材料）に結合する、または少なくとも部分的に囲まれていることができ、したがって、キャリアはさらなる材料（特にさらなる合成材料）と一緒に、ハウジングの合成材料ハウジングボディを形成している。キャリアが好ましくはオプトエレクトロニクス半導体チップとさらなる材料との間に位置しているため、第２の材料をその光学特性には関係なく選択することができ、例えば発光半導体チップによって放出される光はキャリアのみを照らし、さらなる材料は照らさない。
さらなる実施形態によると、キャリアは、リードフレーム、導体経路、ビアのうちの１つまたは複数を有する。結果として、キャリアは、特に、オプトエレクトロニクスユニット、特にオプトエレクトロニクス半導体チップをキャリア上で電気的に接触させることのできる電気接続部を有することができる。オプトエレクトロニクス半導体チップは、リードフレーム、導体経路、ビアのうちの１つまたは複数の電気接触領域上に配置する、または少なくとも電気的に接触させることが好ましい。
さらなる実施形態によると、キャリアは、上に配置された充填材化合物を有し、この化合物はオプトエレクトロニクス半導体チップを覆っている。充填材化合物は、例えば透明または半透明とすることができ、合成材料（例：シリコーン、エポキシド、シリコーン・エポキシドハイブリッド材料）を含んでいることができる。さらには、充填材化合物が散乱粒子を有することも可能であり、散乱粒子は、例えば、キャリア材料の上述した反射粒子のように形成することができる。さらに、充填材化合物は、例えば１種類または複数種類の波長変換物質を有することもでき、波長変換物質は、発光半導体チップとして形成されているオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される光の少なくとも一部分を、異なる波長を有する光に変換し、したがってオプトエレクトロニクスユニットは混合色の光を放出することができる。波長変換物質、および充填材化合物のさらなる材料は、当業者に公知であり、したがってここではこれ以上説明しない。
キャリアがキャリアプレートとして形成される場合、充填材化合物を、オプトエレクトロニクス半導体チップの例えばレンズの形状として形成することができる。キャリアが、ハウジング凹部を有するハウジングとして形成されている場合、充填材化合物が凹部を少なくとも部分的に満たす、もしくは完全に満たすことができ、これにより例えば平坦な光取り出し面を形成することができ、発光半導体チップとして形成されているオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される光を、光取り出し面によってオプトエレクトロニクスユニットから放出させることができる。さらには、例えば所望の放射特性が得られるようにする目的で、ハウジング凹部の上に充填材化合物を湾曲状に（例えばレンズの形状に）形成することも可能である。
さらに、変換板（conversion platelet）の形の波長変換要素、または直接塗布される波長変換物質を、発光半導体チップとして形成されているオプトエレクトロニクス半導体チップの上に直接形成することも可能である。さらには、波長変換要素を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを充填材化合物によって覆うことができる。
さらなる実施形態によると、キャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットの製造方法の場合、上述した実施形態のうちの１つに従ってキャリア材料を射出成形によって成形し、キャリアを形成する。キャリア材料の結晶化の程度は、上述したように、例えばゆっくりとした冷却工程によって制御することができる。
本明細書に記載されているキャリア、キャリア材料、およびオプトエレクトロニクスユニットの実施形態および特徴は、キャリアの製造方法およびオプトエレクトロニクスユニットの製造方法にも等しくあてはまり、逆も同様である。
さらなる実施形態によると、射出成形工程の前に、架橋添加剤（例：テトラアリルイソシアヌレート）をキャリア材料に加える。射出成形工程後のキャリア材料の対応する処理によって、キャリア材料が少なくとも部分的に後架橋する（subsequently cross-linked）ようにすることができる。この処理としては、例えば、電子線照射、熱照射、紫外光による照射のうちの１つまたは複数が挙げられる。射出成形を行ってキャリアを成形した後、例えば電子線照射によってキャリア材料が少なくとも部分的に後架橋するようにすることができる。架橋添加剤が特にテトラアリルイソシアヌレートである場合、電子線照射における吸収線量は、６５ｋＧｙ以上１３５ｋＧｙ以下であることが有利であることが示された。電子線照射の吸収線量が高いほど、キャリア材料において達成可能な架橋の程度が高くなり、これにより加熱時の寸法安定性も高めることができる。したがって、架橋添加剤の割合と、実施される電子線照射の吸収線量を適切に選択することによって、キャリア材料の架橋の所望の程度と、したがってキャリア材料およびキャリアの加熱時の所望の寸法安定性とを、特定の目標値に調整することが可能である。結果として、２５０℃〜３００℃以上の範囲の調整可能な加熱時の寸法安定性を有するキャリアを作製できることが示された。例えば、本明細書に記載されているキャリア材料を有するキャリアは、最大で３１０℃の加熱時の寸法安定性を有することができる。結果として、キャリアをはんだ付けすることが可能となり、例えば無鉛はんだ付けなどのはんだ付け工程において使用することが可能である。架橋添加剤は、射出成形工程の前に、混合または溶融混合による上述した方法においてキャリア材料に供給することができる。
キャリア、および特にキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットの耐用年数を最大にする目的で、キャリア材料の上述した構成成分の割合を調整することによって、キャリア材料（したがってキャリア）を最適化することができる。さらには、可視スペクトル領域（すなわち青色から赤色までのスペクトル領域）、および特に近紫外から赤外までのスペクトル領域において、９０％以上の高い程度の反射率を達成することのできるキャリア、またはキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットを、キャリア材料を使用して作製することができる。本明細書に記載されているキャリア材料では、特に、４４０ｎｍ〜７５０ｎｍのスペクトル領域において９２％以上の高い程度の反射率を有するキャリアを得ることができる。経年劣化に対する耐性が高いことは、上述したキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットの長い動作期間にわたり、好ましくはその耐用年数が終了するまで、高い程度の反射率を達成できることを意味し、なぜなら、たとえ高い温度においても、本明細書に記載されているキャリア材料には変色が発生しない、または従来技術において公知の材料と比較して少なくとも実質的に変色の程度が小さいためであり、これは有利である。さらに、本明細書に記載されているキャリア材料は、公知の材料（例：ポリアミドなど）と比較して、調達および加工の面においてより好ましい。
さらなる利点と、有利な実施形態および発展形態は、以下に図面を参照しながら説明する実施形態から明らかになるであろう。
例示的な一実施形態による、キャリアを製造する方法の方法ステップの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態による、キャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態による、キャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットの概略図を示している。 従来技術との比較におけるキャリア材料およびキャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットのパラメータの測定値を示している。 従来技術との比較におけるキャリア材料およびキャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットのパラメータの測定値を示している。 従来技術との比較におけるキャリア材料およびキャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットのパラメータの測定値を示している。 従来技術との比較におけるキャリア材料およびキャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットのパラメータの測定値を示している。 従来技術との比較におけるキャリア材料およびキャリアまたはオプトエレクトロニクスユニットのパラメータの測定値を示している。
例示的な実施形態および図面において、類似する部分または同じ機能の部分には、それぞれ同じ参照数字を付してある。図示した要素、および要素の互いのサイズの比率は、基本的には正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、図を明確にする、あるいは理解を容易にする目的で、個々の要素（例えば層、部品、ユニット、領域など）を過度に厚く、または大きく示してある。
図１は、キャリア１を製造する方法の方法ステップを示している。キャリア１は、キャリア材料から射出成形工程によって作製される。これを目的として、図示した例示的な実施形態においては、リードフレーム複合体（lead frame composite）２０が設けられており、この複合体２０は、多数のキャリア１にリードフレーム２を提供し、リードフレーム２は、電気的接続面、接触面、および外部電気接続部としての役割を果たす。純粋に一例として図１に示したように、キャリア１は、ハウジング凹部１０を有するハウジングとして形成することができ、ハウジング凹部には開口部１１が設けられており、これらの開口部１１を通じてリードフレーム２をハウジング凹部１０の内側で接触させることができる。さらに、図示した例示的な実施形態に示したハウジング１は、キャリア１の角部を部分的に斜めに切った形におけるマーキング１２を有し、この場合、このマーキング１２を使用することで、図示したキャリア１にオプトエレクトロニクスユニットを配置して接触させることができる。
この場合、図示したキャリアは、適切なキャリア材料を射出成形することによって作製され、適切なキャリア材料は、図示した例示的な実施形態においては、反射粒子およびさらなる充填材を含んだポリエチレンテレフタレートを備えている。充填材は、例えば二酸化チタン、または発明の概要のセクションで上述した材料のうちの１種類または複数種類を有する、またはこのような材料からなることができる。さらなる材料として、ガラス繊維（作製されるキャリア１の機械的強度および加熱時の寸法安定性を高める）が、キャリア材料に加えられる。図示した例示的な実施形態においては、キャリア材料は、１５重量％以上３０重量％以下の割合の反射粒子と、２０重量％以上５０重量％以下の割合、特に好ましくは３０重量％以上５０重量％以下の割合のさらなる充填材とを有する。このタイプのキャリア材料を使用することで、最大で２５０℃＋／−５℃の温度の加熱時の寸法安定性と、したがってはんだ付け性が得られるキャリア１を作製することができる。
キャリア１の加熱時の寸法安定性を、特に、２６０℃以上最大で３１０℃のはんだ付け温度までさらに高める目的で、架橋添加剤をキャリア材料に加えることができ、架橋添加剤は、図示した例示的な実施形態においては、キャリア材料の合計重量の２重量％以上４重量％以下の割合を有するテトラアリルイソシアヌレートである。テトラアリルイソシアヌレートは、液体として純粋な形で、あるいは、ポリブチレンテレフタレートまたはポリエチレンテレフタレートにおける高濃度化されたマスターバッチとして、キャリア材料に混合または混ぜ合わせることができ、すなわち溶融状態で混合することができる。試験によると、本明細書に記載されているキャリアの反射率、および経年劣化に対する安定性は、例えばテトラアリルイソシアヌレートなどの架橋添加剤を加えることによって低下しないことが示された。
射出成形工程の後、好ましくは例えばリードフレーム片（lead frame strips）またはリードフレームロール（lead frame rolls）としてのリードフレーム複合体２０におけるキャリア１を、電子ビーム設備（electron beam installation）を通過させ、この場合、６５ｋＧｙ以上１３５ｋＧｙ以下の吸収線量においてキャリア１を電子によって照射する。架橋添加剤の割合と、電子ビーム設備における吸収線量とを選択することによって、キャリア材料の架橋形成の程度を特定の目標値に調整することが可能であり、これにより、加熱時のキャリア材料の寸法安定性も特定の目標値に調整することができる。反射率、および経年劣化に対する安定性は、架橋形成の後も維持される。キャリア材料（したがってキャリア１）の結晶化の程度は、射出成形工程、特に冷却手順によって制御することができる。結果として、高い程度の結晶化によって、加熱時の寸法安定性も高めることができ、これは有利である。
さらには、上述した構成成分のみならず、ポリブチレンテレフタレートを、キャリア材料の合計重量を基準として例えば６０重量％以下の割合で、好ましくは２０重量％以下の割合で、特に好ましくは１０重量％以下の割合で、キャリア材料に加えることも可能である。結果として、キャリア材料の加工性と、キャリア材料の結晶化のしやすさとを高めることが可能であり、これは有利である。
射出成形工程は、１００℃〜１２０℃の範囲の比較的低い工具温度において、本明細書に記載されているキャリア材料を使用して行うことができる。キャリア１を作製するのに要求される時間、いわゆる「サイクル時間」は１０秒未満であるのに対して、公知の材料の場合にはサイクル時間は１２秒以上である。さらには、発光ダイオードにおいては、本明細書に記載されているキャリア材料は公知の材料よりもしばしば好ましく、結果として高いレベルの効率につながる。
図１には、リードフレーム２を有するキャリア１の製造を示してあるが、例えば図３に示すように、例えば平板状のキャリアプレートとしてキャリア１を作製することも可能である。
図２は、さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスユニット１０１を示しており、このユニット１０１は、純粋に一例として、図１に関連して説明した方法において作製される、リードフレーム２を有するキャリア１を備えている。キャリア１のハウジング凹部１０には、ハウジング凹部１０の底面の上にオプトエレクトロニクス半導体チップ３が配置されて電気的に接続されており、この半導体チップは、図示した例示的な実施形態においては発光半導体チップとして形成されている。発光半導体チップによって放出される光を効果的に放出できるようにする目的で、ハウジング凹部１０は、キャリア材料中の反射粒子の作用によって反射性である傾斜した側面を有する。
発光半導体チップは、キャリア１の開口部１１の内側、リードフレーム２の上に配置されて、はんだ４（好ましくは無鉛はんだ）によって電気的に接続されている。オプトエレクトロニクス半導体チップ３は、キャリア１のさらなる開口部１１を通じて、リードフレーム２のさらなる部分にボンディングワイヤ５によって導電接続されている。オプトエレクトロニクスユニット１０１の中のオプトエレクトロニクス半導体チップ３の電気的接続および組立ては、純粋に一例であり、本発明を制限しないことを理解されたい。オプトエレクトロニクス半導体チップおよびキャリアの設計に応じて、当業者に公知である別の可能な接続も考えられるが、ここではこれ以上説明しない。
オプトエレクトロニクス半導体チップ３の上には、例えば波長変換要素（図示していない）を配置することもでき、波長変換要素は、オプトエレクトロニクス半導体チップ３によって放出される光の少なくとも一部分を異なる波長を有する光に変換し、したがってオプトエレクトロニクスユニット１０１は混合色の光を放出することができる。
充填材６は、図示した例示的な実施形態においては透明であり、例えばシリコーン、エポキシド、またはこれらのハイブリッド材料を含んでおり、キャリア１の上のオプトエレクトロニクス半導体チップ３の上、ハウジング凹部１０の中に配置されている。さらには、充填材６が、例えば散乱粒子もしくは波長変換物質またはその両方を含んでいることも可能である。したがって、充填材は、図示したオプトエレクトロニクスユニット１０１の放射取り出し面を形成する平坦な表面を形成することができる。さらには、オプトエレクトロニクスユニット１０１の放出放射特性を制御する目的で、充填材６を湾曲した状態に（例えば破線によって示したようにレンズとして）形成することもできる。
平坦な形状の発光ダイオード（flat-cast light-emitting diode）における明るさを、ポリアミドなどの公知の材料からなるハウジングを有する発光ダイオードと比較して、ハウジングの幾何学形状および使用する半導体チップに応じて３〜１７％増大させることが可能であることが示された。加熱時の寸法安定性は、約２５０℃から３００℃以上の広い温度範囲において調整することができる。さらには、キャリア材料は、４４０ｎｍ〜７５０ｎｍのスペクトル領域において９２％以上の高い反射率と、特に、高い温度かつ青色放射の場合に経年劣化に対するすぐれた安定性を有する。
図３は、オプトエレクトロニクスユニット１０２のさらなる例示的な実施形態を示しており、このユニット１０２は、図２の例示的な実施形態と比較して、キャリアプレートとして設計されている平板状のキャリア１を有する。このキャリアプレートの上にオプトエレクトロニクス半導体チップ３が配置されて電気的に接続されている。オプトエレクトロニクス半導体チップ３の電気的接続を確立するための接触面、導体片、およびオプションとしてのビアは、図を明瞭にする目的で示していない。オプトエレクトロニクス半導体チップ３およびキャリア１の上には、レンズの形の充填材６が配置されており、この充填材６は、オプトエレクトロニクス半導体チップ３を保護し、オプトエレクトロニクス半導体ユニット１０２の特性を制御する。
図４は、本明細書に記載されているキャリア材料の反射率Ｒを、波長λ（単位：ｎｍ）の関数として曲線４０１の形で示している。この図から明らかであるように、約４３０ｎｍ以上の波長のスペクトル領域において、９０％以上の反射率を達成することができる。これとの比較において、曲線４０２は、標準の高温ポリアミドの反射率Ｒを示しており、同じスペクトル領域において反射率が実質的に低い。試験では、本明細書に記載されているキャリア材料からなるキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットの明るさは、４４４ｎｍの領域の青色光を放出する青色発光半導体チップを使用したとき、ルーメンでの測定時には光束において約９％、カンデラでの測定時には光の強さにおいて８％、増大させ得ることが明らかになった。約５１９ｎｍの領域の緑色光を放出する緑色発光半導体チップの場合、標準の高温ポリアミドと比較して、光束および光の強さにおいて約１０％の明るさの増大を確立することが可能であり、色度座標ｃｘ＝０．２７およびｃｙ＝０．２２の色位置を有する白色発光ユニットの場合、光束において９％、光の強さにおいて１０％の明るさの増大を確立することが可能であった。６２０ｎｍの領域の光を放出する赤色発光半導体チップを使用するときであっても、従来技術の材料と比較して、光束において３．５％、光の強さにおいて４．５％の明るさの増大を確立することが可能であった。
図５Ａ〜図５Ｄは、本明細書に記載されているキャリア材料からなるキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットと、一般に使用されている高温ポリアミドからなるキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットとの比較を示しており、各図において、横軸は時間（単位：時）を示しており、縦軸は、放出される明るさの測定値として光束ｌｖ（初期値に対する割合で表されている）を示している。
参照数字５０１，５０３，５０５，５０７は、本明細書に記載されているキャリア材料の場合の測定値を表しており、参照数字５０２，５０４，５０６，５０８は、一般に使用されているポリアミドの場合の測定値を表している。
図５Ａの測定においては、キャリアを８５℃の高温下に置き、使用した発光半導体チップの動作電流は３０ｍＡであった。これと比較して、図５Ｂの測定においては、動作電流を２倍にした。図５Ｃの測定においては、使用した発光半導体チップは、８５％の相対湿度および３０ｍＡの動作電流において、３０分ごとにオン／オフを切り替えて動作させた。図５Ｄの測定は、８５％の相対湿度および５ｍＡの動作電流において行った。すべての測定において、従来の一般に使用されているポリアミド材料については部分的に相当な変色が発生し、このことは、測定のすべてにおいて明るさの測定値が減少していることによって示されている。対照的に、本明細書に記載されているキャリア材料からなるキャリアを有するオプトエレクトロニクスユニットでは、明るさの変化は比較的小さい、もしくはまったく変化しなかった。
ここまで、本発明について例示的な実施形態を使用して説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
関連出願
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１０１８９２１．１号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。

Claims (12)

  1. オプトエレクトロニクスユニットのキャリア（１）であって、反射粒子およびさらなる充填材を含んだポリエチレンテレフタレートを備えたキャリア材料を有し、
    − 前記キャリア材料が、前記ポリエチレンテレフタレートにおいて少なくとも部分的に架橋する架橋添加剤も含んでおり、
    − 前記キャリア材料が、前記キャリア材料の６０重量％以下、好ましくは２０重量％以下、特に好ましくは１０重量％以下の割合で、ポリブチレンテレフタレートも含んでおり、
    − 前記反射粒子が、前記キャリア材料の１５重量％以上３０重量％以下の割合を有し、前記さらなる充填材が、前記キャリア材料の２０重量％以上５０重量％以下の割合を有し、
    − 前記さらなる充填材が、ガラス繊維、ガラス球、セルロース繊維、無機充填材のうちの少なくとも１種類または複数種類の材料を備えている、
    キャリア（１）。
  2. 前記キャリア材料が、前記キャリア材料の２０重量％以下の割合で、ポリブチレンテレフタレートも含んでいる、
    請求項１に記載のキャリア（１）。
  3. 前記キャリア材料が、前記キャリア材料の１０重量％以下の割合で、ポリブチレンテレフタレートも含んでいる、
    請求項２に記載のキャリア（１）。
  4. 前記架橋添加剤がテトラアリルイソシアヌレートであり、前記キャリア材料の２重量％以上４重量％以下の割合を有する、
    請求項１から請求項３のいずれかに記載のキャリア（１）。
  5. 前記さらなる充填材がガラス繊維によって形成されている、
    請求項１から請求項４に記載のキャリア（１）。
  6. 前記反射粒子が、チタン酸化物、酸化亜鉛、ジルコニウム酸化物、硫酸バリウムのうちの少なくとも１種類または複数種類の材料を含んでいる、
    請求項１から請求項５のいずれかに記載のキャリア（１）。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のキャリア（１）と、前記キャリア（１）の上に配置されているオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）、特に発光半導体チップとを有するオプトエレクトロニクスユニット（１０１，１０２）であって、
    前記キャリア（１）が、キャリアプレートとして形成されている、または前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（３）が中に配置されているハウジング凹部（１０）を有するハウジングとして形成されている、
    オプトエレクトロニクスユニット（１０１，１０２）。
  8. 前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（３）が、前記キャリア（１）の上に配置されている充填材化合物（６）によって覆われている、
    請求項７に記載のオプトエレクトロニクスユニット（１０１，１０２）。
  9. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のキャリア（１）、または請求項７または請求項８に記載のオプトエレクトロニクスユニット（１０１，１０２）を製造する方法であって、前記キャリア材料が射出成形によって前記キャリア（１）に成形される、方法。
  10. 前記射出成形工程の前に架橋添加剤が前記キャリア材料に加えられ、前記射出成形工程の後、前記キャリア材料が照射によって少なくとも部分的に後架橋する、
    請求項９に記載の方法。
  11. 前記架橋添加剤が、電子線照射によって少なくとも部分的に後架橋するテトラアリルイソシアヌレートである、
    請求項１０に記載の方法。
  12. 前記架橋添加剤が、液体形態で、またはポリブチレンテレフタレートもしくはポリエチレンテレフタレートまたはその両方におけるマスターバッチの形で、混合または溶融混合によって前記キャリア材料に供給される、
    請求項１０または請求項１１に記載の方法。
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