(57)【要約】【課題】光電子装置における多湿や温度に対する耐久性を向上すること。【解決手段】本発明は、キャリア（１００）に載置される光電子部品（２００）を有する光電子装置であって、光学的に透明な二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりなる接着層（６００、６０１）が前記キャリア（１００）の表面と光電子部品（２００）の表面との少なくとも一部を覆い、カバーまたはシリコン材よりなる接着層が前記二酸化ケイ素よりなる接着層（６００、６０１）の上に設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア（１００）に載置される光電子部品（２００）を有する光電子装置であって、
光学的に透明な二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりなる接着層（６００、６０１）が前記キャリア（１００）の表面と光電子部品（２００）の表面との少なくとも一部を覆い、
カバーまたはシリコン材よりなる接着層が前記二酸化ケイ素よりなる接着層（６００、６０１）の上に設けられている
ことを特徴とする光電子装置。
【請求項２】
前記光電子部品（２００）は発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項３】
前記キャリア（１００）は回路基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電子装置。
【請求項４】
前記光電子部品（２００）はチップオンボード技術により前記回路基板（１００）の上に載置されていることを特徴とする請求項３に記載の光電子装置。
【請求項５】
前記接着層（６００、６０１）は、厚さが１００ナノメートル以下、好ましくは２０ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の光電子装置。
【請求項６】
前記光電子部品（２００）の上方に、前記接着層によってレンズ（５００）が接着されており、当該接着層はシリコンが主成分である
ことを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項７】
前記発光ダイオードチップによる発光の波長が紫外線域から赤外線域までの間であることを特徴とする請求項２に記載の光電子装置。
【請求項８】
前記シリコン材に蛍光材が加えられていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項９】
前記シリコン材に１つ以上の充填材が加えられていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項１０】
前記充填材は、ケイ酸、粒状の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）および硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）の少なくともいずれかを含むグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の光電子装置。
【請求項１１】
前記光電子部品（２００）がフォトダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項１２】
表面実装技術（Surface Mounted Technology）あるいは放射状の構造によって作製されることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
【請求項１３】
前記シリコン材の接着層が最大で１０ナノメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１２に記載の光電子装置。
【請求項１４】
キャリア（１００）と光電子部品（２００）とを有する光電子装置であって、
キャリア（１００）と光電子部品（２００）との上方のカバーまたは接着層の組み立てのために、キャリア（１００）と光電子部品（２００）との上の接着材として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層（６００、６０１）が設けられた
ことを特徴とする光電子装置。
【請求項１５】
キャリア（１００）の上に光電子部品（２００）を載置するステップと、
キャリア（１００）と光電子部品（２００）との上面の一部あるいは全部に接着材として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層を塗布するステップと、
前記二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層の上に接着層またはカバーを設けるステップと、
を有することを特徴とする光電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯＢ（Chip on Board：チップオンボード）技術によって作製されるＬＥＤモジュールは、多くの場合、エポキシ樹脂から構成されるカバー樹脂によって密閉される。そのようなモジュールは、例えば、特許文献１や特許文献２によって公知である。それらの特許の特許請求の範囲（例えば特許文献１において）でシリコンの使用が言及されているが、そのようなモジュールは実際にはまだ使われていない。その主な理由は、これらのシリコン材の接着力が不十分なことである。
【０００３】
レンズに接着される既知のモジュールもある。また、そのようなモジュールは、エポキシ樹脂から構成される接着システムとして好適に使われる。これらの材料は、通常、非常に良い接着力を実現する。しかし、エポキシ樹脂の大きな欠点は、青いＬＥＤの使用における耐久性の低さである。約４６０ナノメートル（ｎｍ）の波長の発光はこれらの樹脂を急速に黄色に変色させ、その結果、ＬＥＤモジュールの輝度が低下する。エポキシ樹脂の装置は、湿度保護が不十分な場合、多湿環境での動作において、温度変化による負荷に対する耐久性が不十分となる。
【０００４】
前記した構成の他に多数の他の構造が、ＬＥＤモジュールや発光体として知られている。これらの構成のいくつかにおいて、シリコンは成型材や充填材として何度も言及されている。従来技術として、特許文献１，２，３および４がある。しかし、これらの特許文献１乃至４のいずれにおいても、使われる材料上のシリコンの接着力については検討されていない。前記した構造のいくつかにおいて、構造の機械的な安定性は、付加的な構造手段によって保証される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
他の構成において、シリコンゲルが使われるが、しかし、シリコンゲルの性質は半導体やその結束ワイヤに対して機械的な保護を与えるものではない。したがって、ゲルは、いつも、他の構造手段との接続においてのみ使われるに過ぎない。
【０００６】
フォトダイオードのための成型樹脂（例えば空気調節コントローラの光学センサ）としてのエポキシ樹脂の使用において、樹脂の不十分な耐光性は、動作寿命にとっての制限因子にもなる。
【特許文献１】米国特許第６５０４３０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６５９０２３５号明細書
【特許文献３】米国特許第６２０４５２３号明細書
【特許文献４】独国特許第１０２６１９０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、光学部品の樹脂（特定のＬＥＤ）に関して、組み立て接続の改良を提案することが、本発明の目的である。
【０００８】
この目的は、本発明の独立請求項の特徴によって達成される。また、本発明の従属項は、さらに、本発明の概念を特に有利に発展させる。
【０００９】
要約すると、本発明の背景は、次のように理解される。薄い二酸化ケイ素層の堆積のための異なる方法は、すでに知られている。例えば、そのような層のプラズマ堆積は、独国特許第１９８０７０８６号明細書に記述されている。同様に、接着力の供給のために二酸化ケイ素層の上で使用される技術（溶射）が知られている。そのような構成は、独国特許第１９９０５６９７Ａ１号明細書に記述されている。
【００１０】
本発明によれば、そのような接着層が、光電子装置の場合として初めて使われる。それとともに、耐久力のある接着力が、シリコンゴムによって発生する。これらの材料は、光電子装置（例えばＬＥＤモジュール）のために多用されて、通常、接着力は不十分である。これにより、製造された部品の動作寿命の大きな減少をさらに引き起こす。接着層を用いることにより、これらの制限は効果的に回避される。そして、多湿環境における動作に関する耐久性や温度変化による負荷に対する耐久性は、大幅に向上する。
【００１１】
このように、本発明は、ＬＥＤチップ自体における二酸化ケイ素に関するものではなく、チップの外における二酸化ケイ素に関するものである。すなわち、本発明は、チップの組み立てにおける接着物質に関するものである。このとき、これらのＬＥＤチップは発光物としてより加工される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は、キャリアに載置される光電子部品を有する光電子装置であって、光学的に透明な二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりなる接着層が前記キャリアの表面と光電子部品の表面との少なくとも一部を覆い、カバーまたはシリコン材よりなる接着層が前記二酸化ケイ素よりなる接着層の上に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光電子装置における湿度や温度に対する耐久性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の典型的な実施形態について、図面を参照することによって、より詳細に説明する。
【００１５】
図１において、カバー樹脂を備えるＬＥＤモジュールを上方から見た様子が例示されている。好ましい構成として、中央にサイコロ状のＬＥＤ（以下、「ＬＥＤダイス」という。）があり、その上にあるカバーは半球状に作られている。ＬＥＤダイス（光電子部品）２００は、キャリア（キャリア材）１００（例えばＦＲ４に基づく回路基板）の上に、接着されるか、あるいは、はんだ付けされる。カバー樹脂３００は、液体状態で塗られて、それから固まる。電気接続のために、はんだ付け可能な末端パッド４００が、通常使われる。
【００１６】
図２において、図１に示すこのモジュールの詳細が、断面図として例示されている。そのため、図１では、キャリア１００、ＬＥＤダイス２００およびカバー樹脂３００が例示されている。拡大スケールのこの図には、接着結合ワイヤ４１０が示されている。接着結合ワイヤ４１０を用いて、ＬＥＤダイス２００がキャリア（回路基板）１００と電気的に接触する。ＬＥＤダイス２００はＣＯＢ（Chip on Board）技術によってキャリア１００に載置される。
【００１７】
図３において、設置されたレンズ５００を備えるモジュールの詳細が例示されている。そして、反応樹脂３１０によって接着力が生み出される。反応樹脂３１０はレンズ５００とＬＥＤダイス２００の間のスペースを埋める。
【００１８】
白色光を発光させるために、例えば、混合光が実質的に白色光を生み出すようにＬＥＤによって発せられる光の一部を他の波長範囲に変換するいわゆる蛍光材（燐光材）（例えば欧州特許第１３４７５１７号明細書）をカバー樹脂内に含ませることができる。レンズに接着される場合、この蛍光材は、使用される接着剤の内部で付加的にあるいは一部代替的に使用される。
【００１９】
このような構造の概要が図４に示されている。レンズの内部に、反応樹脂（接着剤）３１０の充填される空洞が形成されるのが望ましい。蛍光材３１１は、この反応樹脂３１０の内部に分散されている。
【００２０】
二酸化ケイ素よりなる接着層は、使用される材料に対するシリコンの接着力の改善のために使用される。原則として、層堆積のためのすべての既知の方法を使用することができる。
【００２１】
接着層は、数ｎｍ（１０−９ｍ）の厚さを有するのが望ましい。
【００２２】
これに相当するプロセスコントロールを用いて、これらの層は、プラスチック（キャリアに対するコーティングやはんだ材）の表面上、金属（電気接続、キャリアまたはキャリアの一部）の表面上、ＬＥＤダイスの表面上、さらに、載置されたレンズ（ポリアクリレートのようなプラスチック、ＰＭＭＡまたはＣＯＣ、ガラス）の表面上、に堆積される。配置された二酸化ケイ素層の十分かつ長期間の安定した接着力がすべての前記材料の表面上で得られるように、コーティングの処理を行うことができる。しかし、重合の後に接着層の表面上で塗られるシリコン材が非常に良い接着力を有することは最も重要な特徴である。
【００２３】
以下に、例証として、本発明による実施形態の測定値を示す。図５において、そのようなモジュールの図面が例示されている。ＬＥＤダイス２００は、キャリア１００の上で使用される。接着結合ワイヤ４１０で電気的に接続させた後、接着層６００（大きく例示）が完全な表面上に堆積される。この接着層は、例えば二酸化ケイ素層であればよい。ＬＥＤダイス２００の輝度を測定すれば、堆積処理による熱の発生も、層自体による発光輝度の減少も示さないことがわかる。多数の一連の測定において、層堆積の後、輝度の平均値の変化は見られなかった。
【００２４】
ＬＥＤダイス２００の上に反応樹脂３１０は堆積される。反応樹脂３１０は、例えばシリコンをベースとする。それによって、接着力を提供する層が、シリコン材とＬＥＤダイス２００またはキャリア１００の間に形成される。
【００２５】
その後、ＬＥＤダイス２００の上方に、レンズ５００が接着される。反応樹脂３１０（例えばシリコンがベース）による接着の前に、接着層６０１（例えば二酸化ケイ素層（大きく例示））は、ＬＥＤダイス２００側のレンズ５００の下面に堆積される。
【００２６】
接着力を提供する層は、このように、カバー（レンズ）５００と反応樹脂の間、および（あるいは）、反応樹脂とＬＥＤダイス２００とキャリアの間に形成される。望ましくは（しかし、必須ではなく）、接着力を提供する層は、完全な接触面の上に存在する。
【００２７】
キャリア１００の幾何学的な形や材料は、上記の構成に限るものではない。キャリアは、ＦＲ４の回路基板、金属またはセラミックであってもよい。
【００２８】
同様に、キャリアはプラスチック材料（熱可塑性または熱硬化性）であってもよい。また、同様に、プラスチックによって周囲を固められた、いわゆるリードフレーム（薄型の金属）を使ってもよい。
【００２９】
接着力の評価のために、接着面をはがす力を測定した。比較手法において、接着強度がまた、温度変化テストの後に測定された。ここでは、例としてＦＲ４上に接着されたガラスレンズによるそのようなテストの結果が与えられた。与えられた数値は、適用されたレンズを分離するための（平均）負荷を［ｇ］で示したものである。なお、ＴＷは温度変化テストを指す。
【００３０】
ａ．）接着層なし：１０００（ＴＷ後、１０００）
ｂ．）ＦＲ４上の接着層あり：５６００（ＴＷ後、４９００）
ｃ．）ＦＲ４上とガラス上に接着層あり：９７００（ＴＷ後、９７００）
【００３１】
同様のテストを、プラスチックレンズに関しても行った。そして、レンズの材料が接着力に影響しないことがわかった。堆積された二酸化ケイ素層の品質と接着力は、決定的（特徴的）である。分離テスト後のテスト対象物を視覚観察すれば、接着層の品質に問題がないことがわかる。接着層が「良好な」場合、シリコンゴムは裂ける。つまり、接着部分に破壊が起きない。
【００３２】
同様に、図６ａおよび図６ｂに示すモジュールのテストにおいて、良い結果が得られる。図６ａはＣＯＢバージョンを示し、図６ｂはＳＭＴバージョンを示す。接着層６００は、前記した例のように、完全な表面上に堆積されるのが望ましい。すなわち、キャリア１００の上、ＬＥＤダイス２００の上、そして、適用できるなら接着結合ワイヤ４１０の上である。このように、側面を含む光電子装置の完全な一番上の面は、接着層で覆われる。
【００３３】
あるいは、接着層６００は、キャリア１００とＬＥＤダイス２００のうちの１つだけの上で、または、その部分的な領域の上だけに存在してもかまわない。その場合、キャリアの部分領域とダイスが重複してもよい。
【００３４】
ディスペンシング手法を用いることによって、液体シリコンが、カバー樹脂３００の形に堆積（塗布）される。シリコンゴムの重合の後、カバー材料の接着力の評価のために、湿度テストと温度（耐久）テストが、間接的なテストとして行われる。８５℃と相対湿度８５％の湿度テストの直接の比較において、現在使われているエポキシ樹脂は、６００時間後、輝度が初期値の５０〜７０％に減少した。また、生産において使われている第２のエポキシ樹脂は、このテスト時間の後、輝度が初期値の２０％しか有しない。これは、全体的な故障が発生するためである。一方、本発明に従って構成される対応するモジュールは、６００時間のテストの後、依然として最初の輝度の９０％以上を有する。
【００３５】
−４０℃と１０５℃を繰り返す温度テストにおいて、シリコンゴムのカバーの場合、３０００サイクルの後、故障は発生しなかった。ここでは直接の比較がないが、エポキシ樹脂のカバーでの以前の温度変化テストの場合、最初の故障が、遅くとも５００サイクル後には常に発生していた。
【００３６】
これらの結果により、次のことは明らかである。それは、これらの接着層の助けによって、シリコンゴムが、他のさらなる構造なしで、使用されている材料を強固に接続していることである。接着力は、高温や多湿によって減少しない。さらに、接着力は、温度変化の負荷に左右されない。シリコンが結合剤やそれに類似する添加材を含んでいないことは重要である。それにともない、すべての光学的に透明な材料を使用することができる。そのようなゴムは所定の生産者によって提供される。
【００３７】
それらの市販のシリコンのいくつかも、ＵＶ照射に対する耐性に関して、必要条件を満たしている。最も耐性の高い材料は、青色ＬＥＤ（主波長が約４６０ｎｍ）での連続使用において５０００時間後でも黄色に変色しない。照射テスト（ＵＶＣ放射線、３０ｍＷ／ｃｍ２）の結果によると、数百時間後でも、透明性の減少が確認されず、また、２万時間以上の連続使用の後でも青色ＬＥＤによるシリコンの黄ばみは現れない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】カバー樹脂を備えるモジュールを示す図である。
【図２】図１のモジュールの詳細を示す断面図である。
【図３】設置されたレンズを備えるモジュールの詳細を示す図である。
【図４】充填材をさらに備えるモジュールの断面図である。
【図５】本発明のモジュールの一例を示す図である。
【図６ａ】本発明の他のモジュールの一例を示す断面図である。
【図６ｂ】本発明の他のモジュールの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  キャリア
２００  ＬＥＤダイス
３００  カバー樹脂
３１０  反応樹脂
３１１  蛍光材
４００  末端パッド
４１０  接着結合ワイヤ
５００  レンズ
６００  接着層
６０１  接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2009500834.tif 000009
【国際調査報告】
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2009500834.tif 000012
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