可表面安装的辐射构件与其制造方法

专利名称：可表面安装的辐射构件与其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可表面安装的辐射构件及其制造方法。
在公开文献DE38 04 293中已知一种以一个半导体发光二极管(Halbleiter-LED)为基础的白光源。其中描述了具有一个电致发光或者激光器二极管的装置，其中由所述二极管辐射的发射频谱借助于一个用一种发出磷光的、光换能的、有机颜料掺入的由塑料制成的元件被置换到较大的波长。由所述装置辐射出的光线因此与从所述发光二极管发出的光线相比具有另一种颜色。根据在塑料中附加的颜料的种类，使用同一种类型的发光二极管可以制造出发出不同颜色的光的发光二极管装置。
在WO98/12757中描述了一种转换波长的灌注材料，它用于一个电致发光的构件，该构件具有一个发射紫外光、蓝光或者绿光的以透明的环氧树脂为基的物体，所述环氧树脂使用一种荧光材料、尤其是使用一种无机的、具有选自磷族的荧光材料色素涂料的荧光材料色素涂料粉末掺入。作为一种优选的实施例描述一个白光源，其中使用一个辐射的半导体二极管，所述二极管以具有一个在420nm和460nm之间的最大量的GaAlN和一种荧光材料为基，所述荧光材料如此选择一个由所述半导体发出的蓝光辐射转换成可补偿的波长范围、尤其是蓝光和黄光、或者转换成附加的三原色，例如蓝、绿、红。在这里黄色的或者绿色的和红色的光线由荧光材料所产生。这种所产生的白光的色调(在CIE比色图表中的颜色位置)在这种情况下可以通过对于所述荧光材料的合适的选择关于混合和集中而发生改变。
WO 98/54929公开了一种发射可见光的、具有一个紫外的/蓝光的发光二极管的半导体构件，所述发光二极管布置在一个支撑体的一个凹穴中，该凹穴的表面具有一个光反射层，并用透明的材料进行填充，所述材料在该发光二极管的光线溢出侧处包封所述发光二极管。为了改善光线的输出耦合，所述透明的材料的折射率低于发光二极管的光激活的区域的折射率。
在这种在先公知的结构中，首先如此制造一个预先包覆的构件一个预制的引线框(引线框)用一种合适的塑料进行外部注入，所述材料形成该构件的壳体。这种构件在表面上具有一个凹穴，从对置的两个侧面将引线框接头导入其中，一个半导体发光二极管粘贴到所述接头中的一个上并与其进行电接触。然后将一种掺入荧光材料的灌注材料、通常为一种透明的环氧树脂填充到所述凹穴中。
所述结构的优点是，一种特殊定向的辐射可以如此获得可以将通过所述塑料壳体所构成的侧壁设计为倾斜放置的反射器。然而在使用的情况下，一种如此定向的辐射不一定是必须的，或者可以以另一种方式获得，在这种情况下所述制造方法比较费事并且是多阶段的，因为壳体塑料和灌注材料必须由两种不同的材料构成，并在分开的方法步骤中成型。此外在灌注材料和壳体塑料之间的足够的、温度稳定的粘合问题必须得到解决。在实践中尤其是在使用较高的光功率时这一点一直引起问题。
在许多对于发光二极管、例如在汽车仪表部位的显示元件中的、在汽车和轿车的照明机构中的、在全色适用的发光二极管显示器中的潜在的应用领域中，强烈地出现对于可以产生混合颜色的光线、尤其是白光的发光二极管的需求。在这种情况下关于所产生的光线的颜色应该覆盖颜色空间(Farbraum)的尽可能大的范围。经常需要发射具有一个精确预定的色点和一个精确预定的颜色饱和的光线的照明和显示元件。
本发明的任务是完成一种改进的、可表面安装的辐射构件以及一种对此的制造方法。
该任务通过一个根据权利要求1的构件或者根据权利要求35的一种方法解决。本发明的优选的改进方案是从属权利要求的主题。
相应于此本发明描述一种可表面安装的辐射构件，该构件具有一个安装在一个引线框上的辐射芯片，其中该引线框和辐射芯片用一种造型材料包封，该造型材料如此成型所述构件具有一个安装面，该安装面对于所述构件的一个主辐射方向以一个第一预定角度进行布置。所述引线框具有从造型材料中引出的、带有连接面的引线框接头，所述连接面以一个第二预定角度相对安装面进行布置。
所述辐射芯片可以是一个光辐射二极管芯片，例如一个半导体发光二极管或者一个半导体激光器。所述芯片最好发射紫外光谱或者蓝光谱范围中的电磁辐射。
在本发明的一种优选的方案中，主辐射方向和安装面平行布置，这样第一角度为0°。所述构件设计为所谓的侧面辐射器，它主要平行于安装面、或者在安装状态下平行于一个支承板、例如一个印制电路板地进行辐射，所述构件固定在该支承板上。尤其是对于在一个待照明的显示器中、例如一个液晶显示器中的一个侧面光线输入耦合机构，这样一种辐射特征最好尽量是一个非常平的构件。所述引线框在这种情况下最好如此布置使得引线框接头的连接面垂直于安装面，或者以一个大约垂直于安装面的角度进行布置，这样第二预定角度为90°或者例如在70°和90°之间。很大程度上第一预定角度也位于0°和20°之间，这样所述构件侧面地进行辐射，而不是主辐射方向平行于安装面地对齐。
可替换的是，主辐射方向也可以垂直于安装面，这样第一预定角度为90°。一种以一个在70°和90°之间的第一预定角度的相似布置也是可能的。在这种情况下，引线框的连接面相对于安装面最好以一个在0°和20°之间的第二预定角度平行地或者大致平行地进行布置。当然所述角度范围不是对本发明的限制。
一个具有一个在一个引线框上安装的辐射芯片和一个用一种造型材料的包封部分的构件的优点是结构很小，以及构件具有很小的占地面积，同时具有良好的导热性。因此使用这种结构件可以实现具有多个这种构件的紧密包装的模件。
所述造型材料最好以树脂为基，尤其是由一种预先反应的树脂所构成。特别优选的是通过将一种可透过辐射的塑料模压材料与一种转换物质相掺杂混合而制成所述造型材料。
在一种优选的实施例中侧面伸出的引线框接头延伸到通过安装面所确定的安装平面处，或者延伸到其附近。因此具有相应线路结构的支承板同时用于所述构件的供电。在这种情况下，引线框接头也可以与安装平面相隔一定距离地结束。在支承板、例如焊接接触面上的接触通常略呈圆锥形地构成，并且如此调节引线框接头和一个支承板之间的距离。
最好将引线框整个设计成平的。以此简化制造，因为不必附加地进行弯曲成型。另外避免了通过所述弯曲可能产生的机械应力。此外一个平面的引线框是一个平的、精确限定的、用于安装辐射芯片的安装平台。这使自动装配以及与所述芯片的接触变得容易。尤其是用于此的光学识别和控制系统不会由于不是平面平行的安装面而搞错，正如它们在预先弯曲的引线框中由于弯曲偏差而出现的那样。这导致在平面的引线框的情况下会减少的功能失效。
另外最好在引线框中设置穿孔或者侧面的凹穴。这种穿孔或者凹穴由塑料模压材料所填充，这样引线框可以在所述塑料模压材料中得到机械稳定的锚固。
在一种特别有利的实施例中，所述构件具有一个平行于安装面的覆盖面。这使得在所述抓取和放置的方法中、最好与自动装备装置相联系时可以使用所述构件。在这种情况下所述构件在一个面上由一个抽吸臂进行抽吸，运输到其设置的装备位置并在那里进行安装。这通常需要平行的和平的抽吸面和安装面。
本发明的一个优选的改进方案是如此将所述包封部分进行造型使所述构件沿辐射方向由一个拱形的表面限制。该包封部分以此同时执行一个光学元件、例如一个透镜的功能。根据拱形和拱形的方向可以实现聚焦和辐射特性的扩展。
根据转换物质与由辐射芯片所产生的辐射相匹配，本发明适于用作白光源或者色光源，其中在使用合适的转换物质时色点(Farbort)和颜色饱和在其它界限中可以自由确定。通过白色光的某种成分可以在一种色光源的情况下引起一个非饱和地发射颜色的光学印痕(optische Eindruck)。
然而本发明不限制在可见光的光谱范围内。所述辐射芯片和/或转换元件也可以用于在紫外区和红外区中的辐射而设置。以此可以产生例如混合“色”的红外或者紫外辐射，也就是具有两种或者多种光谱成分的红外或者紫外辐射。
所述构件在其造型方面最好放弃一个凹穴的成型和使用两种不同的材料，取而代之的是使用唯一的透明的造型材料，所述造型材料必要时首先与转换物质相混合然后围绕引线框成型，最好进行注塑。完全硬化了的造型材料因此同时用作构件壳体并用作透明的转换物质基体。以此一方面简化了制造方法，因为在一个唯一的造型过程中、尤其是一个注塑过程中形成所述壳体；同时造型材料可以用作转换物质的基体。
此外制造一种具有改进的稳定特性的构件，因为在两种具有不同的热膨胀系数的包封的材料、例如一个壳体基体和一种浇铸物之间不再出现粘附的问题。
在狭窄的界限中如此可重复地并且有目的地调节色点在堆放和加工时尤其是通过迅速的硬化步骤最大程度地消除转换物质的沉积。转换物质的质量通过简单的方法步骤使用简化的配料方案在树脂的备料、混合和供给时得到提高。
通过使用用于壳体模型和转换物质基体的唯一的材料得到用于另一种微型化的缝隙空间。这种附加的微型化能力可以对于在移动电子产品系统中的所述构件的使用中得以利用，例如用作白光源。通过在具有其它构造自由度的特殊安装情况下对于侧面辐射增强的利用而提高的光效率或者单纯的侧面光线输出扩展了所述功能。
作为原材料，所述塑料模压材料可以是一种商业上可得到的模压材料，例如基本上由一种具有一种酐或一种通用的酚硬化剂系统的环氧甲酚酚醛树脂或者常见的环氧树脂系统。
在塑料模压材料中分散开的转换物质可以是一种包含具有普遍化学式A3B5X12M的荧光材料的无机的荧光材料颜料粉末。尤其是可以将由选自铈配料的石榴石制成的颗粒作为荧光材料颜料，其中尤其是称作铈配料的钇铝石榴石(Y3Al5O12Ce)。其它可能的荧光材料是具有相应地在短波范围中可激励的金属中心的以硫化物和氧硫化物为基的主晶格、铝酸盐、硼酸盐等等。也可以使用有机金属的荧光材料系统。所述荧光材料颜料在这种情况下也可以包含大量不同的荧光材料，所述转换物质可以包括大量不同的荧光材料颜料。
所述荧光材料也可以通过可溶解的和难溶解的有机颜料和荧光材料混合物所构成。
另外，一种最好以流体形式的粘附剂与最好预先干燥的转换物质相混合，以便改善转换物质与塑料模压材料的粘合能力。尤其是在使用无机的荧光材料颜料时可以将3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或者其它三烷氧基硅烷(Trialkoxysilan)的衍生物作为粘附剂。
为了改变荧光材料表面可以使用具有碳酸类、碳酸酯类、醚类、醇类、例如二甘醇单甲基醚的简单并且多重功能的极性制剂。以此改善对于高能的荧光材料表面的可润湿性，并因此在用造型材料进行加工时改善相容性和分散性。
另外可以在用转换物质进行混合之前向塑料模压材料加入脱模剂或者分离剂。这种脱模剂使得完全硬化了的模压材料易于从铸模中脱离出来。可以将一种固体的以蜡为基的脱模剂或者一种具有长链的碳酸、尤其是硬脂酸盐的金属皂用作所述类型的脱模剂。
可以将例如无机的填充材料作为其它的填充材料来进行掺杂，通过所述填充材料可以提高造型材料的折射率，因此可以提高构件的光效率。可以将例如TiO2、ZrO2、α-Al2O3或者其它金属氧化物用作这种类型的填充材料。
在本发明的一种优选的实施方式中，将玻璃颗粒、即玻璃装填物作为填充材料添加给所述造型材料。这样提高了造型材料的玻璃转变温度TG。所述造型材料的玻璃转变温度限制对于构件所允许的温度范围，因为超过玻璃转变温度会导致造型材料流动，其结果是在辐射芯片上引起应力和故障以及在其上安装的导线发生连接。向造型材料附加玻璃颗粒有利地提高对于构件所允许的温度范围。所述构件在很大程度上可以用较高的工作电流进行驱动并且产生更多的辐射。另一个优点是减少了造型材料的热膨胀系数，它因此更好地匹配于引线框的热膨胀系数，这样进一步提高了构件的热稳定性。
通过添加玻璃颗粒也使造型材料的折射率进一步地提高，这样在辐射芯片和造型材料之间的折射率变小，并且较好地使辐射输出加大。
最后通过附加玻璃颗粒来降低造型材料的吸水量。这有利地导致构件的一种改进的热承载能力。尤其是有利地减少了在焊接时由于过高的水份含量所存在的构件损伤或者开裂的危险(所谓的爆米花效果)。
玻璃颗粒的平均粒度最好在100μm之下，优选地在50μm之下。因此另外减少了注塑模型的经常为狭窄的导入通道的堵塞的危险。
在造型材料处的玻璃颗粒的成分可以占重量百分比的90％，重量百分比最好位于10％和50％之间。在最后所述的范围中造型材料的特征是较高的透明度和较高的玻璃转变温度。
所述转换物质和必要时的其它填充材料这样来进行混合它们首先粗糙地进行混合，然后该混合物在一个磨碎机中进行粉碎，以此获得特别精细的、均匀的粉末。
所述混合的造型材料因此可以包含下列成分(以质量百分比表示)a)塑料模压材料≥60％b)转换物质＞0并≤40％c)粘附剂≥0并≤3％d)脱模剂≥0并≤2％e)表面调节剂≥0并≤5％f)氧化稳定剂≥0并≤5％(例如以亚磷酸盐为基或者以防菌的苯酚为基)g)紫外光稳定剂≥0并≤2％h)玻璃颗粒≥0并≤80％本发明的其它特征、优点和实用性在下面借助于四个实施例结合

图1至4进行说明。
附图示出图1一种根据本发明的构件的第一种实施例的示意性截面图，图2一种根据本发明的构件的第二种实施例的示意性截面图，图3一种根据本发明的构件的第三种实施例的示意性透视图，图4一种根据本发明的构件的第四种实施例的示意性透视图，相同或者作用相同的元件在附图中采用同一个附图标记。
在图1中示出了在沿着一个引线框10的纵向轴线的一个横截面中的一个根据本发明的构件的一个实施例。
在一个起初为整体的并相连的引线框10中设计两个引线框接头11和12，所述接头以已知的方式起初还通过狭窄的连接板条束紧在一起，然而在本制造方法的过程中通过分开所述连接板条的分离而互相隔离开。
在一个引线框接头12上，在其内侧的端部部分上用一种导电连接剂如导体银(Leitsilber)等粘贴上或者焊接上一个制造过程化的半导体发光二极管，这样半导体发光二极管1的n侧或者p侧与引线框接头12相连接。对置的p或n导电触头侧通过一个连接线2(Bonddraht)与另一个引线框接头11的端部部分相连。
所述构件由一种塑料模压材料3包封，在该模压材料中可以最好装入一种以荧光材料颗粒形式的转换物质4。这在下面进行详细说明。
在所示出的构件的情况下，安装面平行于所述剖面。引线框10是连续平整的，并且接近垂直于安装面，这样第二预先规定的角度在制造公差的范围内大约为90°。
这种方案可以例如通过由一个薄板或者一个箔片无附加弯曲地进行冲压、也通过构件的很小的占地面积使引线框进行价格便宜的制造。所述辐射主要垂直于引线框10，这样主辐射方向7接近平行于安装面，第一预定角度在制造公差的范围内为0°。
在图2中示出一个根据本发明的构件的另一种实施例的示意截面图。该截面又沿着引线框10的一条纵轴线延伸，并且垂直于在图1中所选择的截面。
在这里引线框10具有侧面的凹穴5。这些凹穴5用包封的塑料模压材料填充，这样因此在引线框10和包封部分之间形成一种衔接，这保证在包封部分中引线框的一种机械式的稳定的锚固。为了这个目的，也可在引线框10中形成穿孔(未示出)。
引线框接头11、12沿着通过安装面6所确定的安装平面13的主延伸方向从构件的包封部分中伸出，并且与包封部分具有间隔地沿着安装平面13的方向延伸。在安装平面13和引线框接头11、12之间构成一个较小的间隙，该间隙在接触时、例如通过焊接接触而进行搭接。因此该构件的支座最好单独通过安装面6进行固定，这样可以避免在引线框10和包封部分之间的机械应力。另外通过引线框接头11、12与安装面13的微小间距减少这种危险引线框接头11、12在用造型材料包封时例如由于制造误差而伸出到安装面13上，导致在安装时对于所述引线框接头11、12的弯曲或者对于构件的倾翻。
在图3中透视地示出了在一个支承物8、例如一个印制电路板上的根据本发明的构件的另一种实施例。所述辐射基本上平行于支承物主平面，所述构件以安装面6位于该支承物主平面上。在引线框接头的侧面处通过互相倾斜的斜面9a、9b限制所述构件，所述斜面作为所谓的脱模斜面使得在制造时易于将模具与构件体分开。
沿着辐射方向7，该构件由一个拱形的、在示出的情况下为部分圆柱形的表面15所限制，其中圆柱轴线接近平行于引线框的纵轴线布置。所述拱形的表面也可以球形地构成一个球表面的一部分，或者是非球面。另外也可以是一个凸出的、还可以是一个凹陷的拱形表面。
通过所述构造实现透镜作用，并因此使所发射的射线实现聚焦。
半导体发光二极管1在所述实施例中具有一个在紫外光或者蓝光谱范围中的发射频谱。为了产生混合色光或者白光，特别优选的是半导体发光二极管在紫外光谱或者蓝光谱范围中进行发射，因为转换到较长波长通常基本上比转换到较短波长有效。因为紫外光谱或者蓝光谱范围位于可见光范围的短波端处，所以从那里开始借助于合适的转换物质可以有效地转换到可见波长的大部分。
最好以GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN为基构造所述半导体发光二极管1。然而它可替换地也可以以材料系统ZnS/ZnSe或者以另外一种匹配于这种光谱范围的材料系统为基。
根据本发明的构件的在图4中示出的实施例与到此为止所述的实施例相反，以一个垂直于安装平面6布置的主辐射方向7进行设计。第一预定的角度在这里大约为90°。引线框10具有两个S形的弯曲，其中引线框接头侧面地从造型材料3中伸出，引线框接头的连接面位于通过安装面6所确定的安装平面13中。第二预定的角度在这里也为0°。
在分为两部分的引线框10的一个部分中，例如焊接地或者导电连接地粘接固定一个以半导体发光二极管形式的辐射芯片1。一个线连接2导给引线框的另一部分。引线框10和半导体发光二极管例如在其它实施例中由一个用转换物质制成的、可穿透辐射的造型材料所包封。
在一种根据本发明的制造方法的一个实施例中，在一种合适的注塑装置中进行涂覆和接触半导体发光二极管1之后，将一种透明的塑料-模压材料3喷射到引线框接头11和12上。
带有半导体发光二极管的引线框最好借助于一种注塑或者压铸方法使用所述塑料-模压材料进行成型。对此，带有预先安装的半导体发光二极管1的引线框的一部分装入到一个压铸模中，塑料-模压材料3熔融并注入到该压模中。在这种情况下有利的是，在外部注入之前对引线框(10)进行预热。
在所述方法的一种变型中，多个引线框连同分别安装在其上的辐射芯片装入到一个相连接的包封部分中，随后例如通过折断、锯开、一种激光分隔方法或者借助于一个水射流将其分为几个单独的构件。
由一种荧光材料制成的荧光材料颗粒作为转换物质4嵌入所述塑料-压模材料3中，使用该荧光材料使得由半导体发光二极管1所发射的光线发生至少一部分的波长转换。通过所述波长转换产生一种发射频谱，这样从混合光或者从白光引起光学印痕。
引线框10的预制和通过由塑料-模压材料3、荧光材料颗粒4和必要时其它填充材料所形成的造型材料的包封如此进行引线框部分11和12水平地从造型材料中引出。
制成的构件可以用引线框接头11和12的垂直于安装平面的连接面焊接到一个印制电路板上。这样制造出一个适合于表面安装技术(Surface Mounting Technology)安装的构件。
下面详细描述通过塑料-模压材料3、荧光材料颗粒4和必要时其它填充材料所构成的造型材料的制造。
可以使用预反应的、存储和辐射稳定的、透明的模压材料作为用于塑料-模压材料的起始材料，所述模压材料由商业上常用的用苯酚硬化的环氧甲酚酚醛树脂制成，其总体氯含量低于1500ppm。所述压模材料最好包括一种内部的脱模剂或者分离剂，完全硬化的压模材料通过所述脱模剂或分离剂易于从注塑模中脱离出来。然而不必要一定存在这样一种内部的脱模剂。因此例如可使用下列商业上可得到的Nitto和Sumitomo公司的模压材料Nitto NT-600(没有内部的脱模剂)Nitto NT-300H-10,000(具有内部的脱模剂)Nitto NT.300S-10,000(具有内部的脱模剂)Nitto NT 360H-10,000(具有内部的脱模剂)Sumitomo EME 700L(没有内部的脱模剂)所述模压材料标准地以杆状或者片状进行供应。
与一种以粉末状存在的模压材料相比，使用杆状或者片状的模压材料使得供货变得容易，并提高供货的精度。在本发明的情况下，当然也可以使用一种作为粉末或者以一种其它改变的形式存在的模压材料。为了较精确地供货，当然也可以将一种作为粉末存在的压模材料首先做成杆状的或者片状的，然后继续进行加工。
作为转换物质可以包括全部的荧光材料，所述荧光材料在已经提到的文献WO97/50132和WO98/12757中已作说明。尤其可以使用一种无机的具有一般化学式为A3B5X12M的荧光材料的荧光材料颜料粉末。这例如具有稀土、例如铈、配料的石榴石。
满足化学式为A’3B’5O12M’的化合物已经证明是有效的荧光材料(只要该化合物在通常的制造和操作条件下是稳定的)。其中将至少一种选自Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb和Sm的元素称为A’，将至少一种选自Al、Ga和In的元素称为B’，将至少一种选自Ce和Pr、最好为Ce的元素称为M’。化合物YAGCe(Y3Al5O12Ce)、TAGCe(Tb3Al5O12Ce)、TbYAGCe((TbxY1-x)3Al5O12Ce，0≤x≤1)、GdYAGCe((GdxY1x)3Al5O12Ce3+，0≤x≤1)和GdTbYAGCe((GdxTbyY1-x-y)3Al5O12Ce3+，0≤x≤1)以及以此为基的混合物证明作为特别有效的发光材料。在这种情况下Al至少部分地用Ga或者In来代替。所述荧光材料应理解为实施例而不应理解为对于普遍地化学式A3B5X12M的限制。
另外化合物SrSCe3+，Na、SrSCe3+，Cl、SrSCeCl3、CaSCe3+，Na和SrSeCe3+适于作为荧光物质。此外也可以使用具有相应的在短波范围中可激励的金属中心或者有机金属的荧光材料系统的以硫化物和氧硫化物为基的主点阵以及铝酸盐、硼酸盐、碱土硫化物、含硫稼酸盐或者原硅酸盐等等。另外可以使用溶解的和难于溶解的有机颜料和荧光物质混合物。
关于荧光材料颗粒的粒度，平均颗粒直径在2μm和20μm之间，最好大约在4μm和10μm之间，特别优选地是在5μm和6μm之间。转换物质特性可以通过去除灰尘成分来改善，也就是例如从荧光材料粉末中去除其颗粒直径在2μm之下、最好在1μm之下的颗粒。使用较小变化的颗粒直径增加辐射在颗粒处的散射，并使转换效果降低。这样具有较小颗粒直径的荧光材料的分离是优选的。
例如试验显示，产生一种粒度d50基本上小于5μm的、对于荧光材料的粉碎使得具有小于1μm的粒度的颗粒的体积成分直至30％。具有小于1μm的粒度的颗粒导致与对于包封的基体、例如一种塑料基体的折射率差异无关，导致强烈的光线散射，并因此使得基体的传播和透明变坏。
根据模拟计算，纯传输在一种波长为500nm时、在一种厚度为400μm、荧光材料颗粒浓度的质量百分比为3.5％的典型的塑料基体中、在一种平均荧光材料粒度为2μm时比对于粒度为1μm的要大数量级为1000的一个倍数，并且随着粒度的增大继续增强。对于较小的波长，1μm的和在此之下的粒度起到更强的作用。
尤其是材质为荧光材料颜料YAGCe的颗粒的特征在于特殊的转换效率。已知一种以此为基的转换物质是Osram公司的名称为L175的产品。使用这种转换物质进行一个用于与一种模压材料相混合的试验，其中使用一种具有内部脱模剂的、Nitto NT-300 H10,000类型的模压材料。作为试验准备，转换物质L175在200℃时预先干燥持续大约8小时。然后将一种水状的、称为二甘醇单甲基醚的表面改变剂掺入到所述预先干燥的转换物质中(模压材料重量的重量百分比为0.1％)。这种混合物气密地封闭在一个玻璃容器中并放在那里过夜。刚好在加工之前掺入上述类型的模压材料的转换物质。模压材料事先在一个磨碎机(例如球磨机)中研磨成粉末状。混合比例是重量百分比为20％的转换物质/DEGME混合物和重量百分比为80％的Nitto NT300H-10000。在通过搅拌而将混合物粗略地混合之后所述混合物重新在一个磨碎机(例如球磨机)中充分混合和磨碎，并因此产生非常精细的粉末。
然后使用这种造型材料在类型为FICO Brilliant 100的装置上进行一个注塑试验。已经相应预制的引线框10在外部注塑之前在150℃时进行预热，并在注塑时调节到下列机械参数工件温度150℃注塑时间22.4秒注塑压力73～82巴(其中与所调节的材料量无关)完全硬化时间(处理时间120秒)作为结果可以得到一种特别均匀的、完全硬化的造型材料，其特征在于极好的无气泡和无缩孔性。通常发现，在混合之前将模压材料研磨成非常精细的粉末要比使用一种粒度较为粗糙的剩余材料粉末来说可产生无气泡或无缩孔的较好的结果。
另外也可以使用一种例如Huels股份公司的具有产品名称为A-187的3-环氧丙氧基三甲氧基硅烷的粘附剂。这种粘附剂可以直接在干燥过程之后以浓度至3％的质量百分比添加给荧光材料，并且在室温下与所述荧光材料相混合而过夜。
根据本发明的方法，根据实施例借助于一种表面安装设计(surface mounted design)的结构进行说明，其中然而也可以在一种所谓的径向二极管(Radialdiode)的情况下实现。
对于根据所述实施例的本发明的说明可以这样理解，当然本发明不限于这些实施例。尤其是所述实施例的单独的特征也结合在不同于所描述的实施方式中。所述制造方法也不限于可表面安装的构件、侧面发射的构件或者包括一种转换物质的构件。
权利要求
1.可表面安装的辐射构件，其中，-一个辐射芯片(1)安装在一个引线框(10)上，-引线框(10)和辐射芯片(1)用一种造型材料包封，所述造型材料如此成型，即，使所述构件具有一个安装面(6)，该安装面相对所述构件的一个主辐射方向(7)以一个第一预先规定的角度进行布置，-引线框(10)具有从所述造型材料中引出的、并具有连接面的引线框接头(11、12)，所述连接面相对安装面(6)以一个第二预先规定的角度进行布置。
2.根据权利要求1的构件，其中引线框接头(11、12)从安装面(6)侧面看是从所述造型材料引出。
3.根据权利要求1或2的构件，其中第一预先规定的角度为0°，或者在0°和20°之间。
4.根据权利要求1至3中任一项的构件，其中第二预先规定的角度为90°，或者在70°和90°之间。
5.根据权利要求1或2的构件，其中第一预先规定的角度为90°，或者在70°和90°之间。
6.根据权利要求1至3中任一项或2的构件，其中第二预先规定的角度为0°，或者在0°和20°之间。
7.根据权利要求1至6中任一项的构件，其中引线框接头(11、12)一直延伸到通过安装面(6)确定的安装平面(13)或者延伸到安装平面(13)的附近。
8.根据权利要求1至7中任一项的构件，其中引线框(10)是平的。
9.根据权利要求1至8中任一项的构件，其中引线框(10)在由所述造型材料包封的部位中具有穿孔或者侧面的凹穴(5)。
10.据权利要求1至9中任一项的构件，其中造型材料具有一个平行于安装面(6)的覆盖面(14)。
11.根据权利要求1至10中任一项的构件，其中造型材料从辐射芯片(1)开始沿着主辐射方向(7)看上去具有一个拱形的表面(15)。
12.根据权利要求11的构件，其中所述拱形的表面(15)是一个部分圆柱形的、部分球形的或者部分非球形的表面。
13.根据权利要求1至12中任一项的构件，其中辐射芯片(1)包括GaN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、ZnS、ZnSe、CdZnS或者CdZnSe。
14.根据权利要求1至13中任一项的构件，其中辐射芯片(1)发射可见光或者红外或紫外电磁辐射。
15.根据权利要求1至14中任一项的构件，其中所述造型材料是一种辐射可透过的塑料-模压材料。
16.根据权利要求1至15中任一项的构件，其中所述造型材料以一种树脂为基。
17.根据权利要求1至16中任一项的构件，其中在所述造型材料中分布转换物质(4)。
18.根据权利要求1至17中任一项的构件，其中所述造型材料基本上由一种预先反应的环氧树脂、酚醛环氧树脂、环氧甲酚酚醛树脂制成。
19.根据权利要求18的构件，其中所述环氧树脂与一种苯酚和/或一种酐硬化剂进行预先反应。
20.根据权利要求17至19中任一项的构件，其中转换物质(4)包含一种有机的或者无机的荧光材料或者它们的一种混合物。
21.根据权利要求20的构件，其中荧光材料包括在一个主晶格中以以下物质为基的一种荧光材料金属中心M-化学通式A3B5X12或者-种硫化物、氧硫化物、硼酸盐、铝酸盐或者金属螯化物混合物。
22.根据权利要求21的构件，其中荧光材料是YAG:Ce，TAG:Ce，TbYAG:Ce，GdYAG:Ce，GdTbYAG:Ce或者由它们所构成的混合物。
23.根据权利要求1至22中任一项的构件，其中造型材料包括一种粘附剂。
24.根据权利要求23的构件，其中所述粘附剂是3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或者其它三烷氧基硅烷的衍生物。
25.根据权利要求17至24中任一项的构件，其中所述造型材料包括一种用于改变转换物质(4)的表面的表面改变剂。
26.根据权利要求25的构件，其中表面改变剂是二甘醇单甲基醚。
27.根据权利要求1至26中任一项的构件，其中造型材料包括一种脱模剂或者分离剂。
28.根据权利要求27的构件，其中所述脱模剂是一种以蜡为基础的脱模剂或者一种具有长链的碳酸、尤其是硬脂酸盐的金属皂。
29.根据权利要求1至28中任一项的构件，其中所述造型材料包括无机的填充材料例如TiO2、ZrO2、α-Al2O3或者其它金属氧化物，通过它们提高了所述造型材料的折射率。
30.根据权利要求1至29中任一项的构件，其中所述造型材料包括玻璃颗粒。
31.根据权利要求30的构件，其中玻璃颗粒的平均粒度小于100μm，最好小于50μm。
32.根据权利要求31的构件，其中在模压材料处的玻璃颗粒的成分在重量百分比为0和重量百分比为90之间，最好在重量百分比为10和重量百分比为50之间。
33.根据权利要求1至32中任一项的构件，其中混合的模压材料包括下列成分a)塑料模压材料≥60％b)转换物质＞0并≤40％，最好＞10％并≤25％c)粘附剂≥0并≤3％d)脱模剂≥0并≤2％e)表面调节剂≥0并≤5％f)氧化稳定剂≥0并≤5％(例如以亚磷酸盐为基础或者以防菌的苯酚为基础)g)UV光稳定剂≥0并≤2％h)玻璃颗粒≥0并≤90％
34.根据权利要求17至33中任一项的构件，它产生混合色光或白光、或者红外和/或紫外电磁辐射。
35.用于制造一种辐射的、可表面安装的构件的方法，所述构件具有一个安装在一个引线框(10)上的辐射芯片(1)，所述方法具有以下步骤-将辐射芯片(1)安装到引线框(10)上，-由一种与硬化剂预先反应的树脂粉末和必要时其它填充材料制造一种造型材料，-用所述造型材料包封引线框(10)和辐射芯片(1)。
36.用于制造一种根据权利要求1至34中任一项的构件的方法，使用以下方法步骤-由一种与硬化剂预先反应的树脂粉末和必要时其它填充材料制造一种造型材料，-用所述造型材料包封在其上安装有辐射芯片(1)的引线框。
37.根据权利要求35至37中任一项的方法，其中使用以下步骤制造造型材料-将一种与硬化剂预先反应的树脂粉末与一种转换物质以及必要时其它填充材料相混合，-将所述混合物掺入到一种均匀的粉末混合物中。
38.根据权利要求37的方法，其中所述造型材料是一种塑料模压材料。
39.根据权利要求35至37中任一项的方法，其中辐射芯片(1)如此包封使其光线发射侧面由造型材料包围。
40.根据权利要求35至39中任一项的方法，其中预先反应的树脂粉末由环氧酚醛或者甲酚酚醛环氧树脂制成。
41.根据权利要求40的方法，其中环氧树脂与一种苯酚硬化剂和/或一种酐硬化剂。
42.根据权利要求37至41中至少一项的方法，其中转换物质(4)是一种荧光材料色素粉末，该粉未包含至少一种无机的荧光材料，该荧光材料具有一个以一种主点阵形式的、以通用化学式为A3B5X12或者一种硫化物、氧硫化物、硼酸盐、铝酸盐或一种金属螯化物混合物为基的荧光材料金属中心M。
43.根据权利要求42的方法，其中荧光材料是YAG:Ce、TAG:Ce、TbYAG:Ce、GdYAG:Ce、GdYAG:Ce或者一种由此形成的混合物。
44.根据权利要求42至43中任一项的方法，其中荧光材料颜料粉末在混合之前用树脂进行预先干燥。
45.根据权利要求35至44中至少一项的方法，其中首先使一种树脂呈杆状或者片状，该树脂磨成树脂粉末。
46.根据权利要求37至44中至少一项的方法，其中首先使一种树脂呈杆状或者片状，该树脂在与转换物质混合之前磨成树脂粉末。
47.根据权利要求37至46中任一项的方法，其中树脂粉末或者树脂和转换物质(4)和必要时的其它填充材料相混合，通过首先将它们粗糙地研磨并随后将混合物在一个磨碎机中、例如一个球磨机中研磨，这样获得一种很细的均匀的粉末。
48.根据权利要求35的方法，其中树脂或者树脂粉末在混合之前与转换物质(4)和必要时其它填充材料在一个磨碎机中、例如一个咖啡磨机中进行研磨。
49.根据权利要求37至48中至少一项的方法，其中转换物质(4)与一种粘附剂相混合。
50.根据权利要求37至48中至少一项的方法，其中树脂粉末与一种粘附剂相混合。
51.根据权利要求49的方法，其中转换物质(4)与一种流体状的粘附剂相混合。
52.根据权利要求49至51中任一项的方法，其中粘附剂是三烷氧基硅烷或者以三烷氧基硅烷为基的衍生物。
53.根据权利要求37至52中至少一项的方法，其中转换物质(4)与一种润湿剂相混合，该润湿剂改善对于转换物质表面的可润湿性。
54.根据权利要求37至53中至少一项的方法，其中为了改变转换物质表面而添加具有羧酸族、碳酸酯族、醚族和醇族的一种简单的、多重功能的极性制剂。
55.根据权利要求35至54中至少一项的方法，其中最好在与转换物质(4)混合之前将树脂粉末与一种脱模剂或者分离剂相混合。
56.根据权利要求35的方法，其中脱模剂是一种以蜡为基的固体的脱模剂或者一种具有长链的羧酸、尤其是硬脂酸盐的金属皂。
57.根据权利要求35至56中至少一项的方法，其中混合无机的填充材料，通过该填充材料提高塑料模压材料的折射率。
58.根据权利要求57的方法，其中混合由TiO2、ZrO2、α-Al2O3或者其它金属氧化物制成的填充材料。
59.根据权利要求35至58中至少一项的方法，其中造型材料与作为填充材料的玻璃颗粒进行混合。
60.根据权利要求59的方法，其中玻璃颗粒的平均粒度小于100μm，最好小于50μm。
61.根据权利要求59或者60的方法，其中玻璃颗粒在造型材料中的重量百分比份额在0％和90％之间，最好在10％和50％之间。
62.根据权利要求35至61中至少一项的方法，其中添加一种氧化稳定剂。
63.根据权利要求62的方法，其中该氧化稳定剂以亚磷酸盐为基或者以防菌的苯酚为基。
64.根据权利要求35至63中任一项的方法，其中混合一种紫外光稳定剂。
65.根据权利要求35至64中至少一项的方法，其中模压材料包括下列成分a)树脂粉末≥60％b)转换物质≥0％并≤40％，最好＞10％并≤25％c)粘附剂≥0％并≤3％d)脱模剂≥0％并≤2％e)表面调节剂≥0％并≤5％f)氧化稳定剂≥0％并≤5％g)UN光稳定剂≥0％并≤2％h)玻璃颗粒≥0并≤80％
66.根据权利要求35至65中至少一项的方法，其中引线框(10)在注塑或者在压铸中成型。
67.根据权利要求66的方法，其中将辐射芯片(1)安装在一个引线框(10)上；辐射芯片(1)和引线框(10)的一部分装进一个铸模中，使模压材料成为流体，并将其注入该铸模中。
68.根据权利要求66或者67的方法，其中引线框(10)在外部注塑之前进行预先加热。
69.根据权利要求35至68中任一项的方法，其中多个引线框分别与安装在其上的辐射芯片由一种相连的包封部分成型，并且接下来分成单个的构件。
70.根据权利要求69的方法，其中相连的包封部分通过折断、锯开、一种激光分离方法或者借助于一种水射流分开。
全文摘要
本发明描述一种辐射的可表面安装的构件，所述构件具有一个安装在一个引线框(10)上的发光二极管芯片(1)，其中一种造型材料包封所述引线框(10)和发光二极管芯片(1)。
文档编号H05K3/34GK1550047SQ02817084
公开日2004年11月24日 申请日期2002年4月25日 优先权日2001年6月29日
发明者H·布伦纳, H 布伦纳, K·赫恩, 椎, H·杰格, J·施米德 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司