【課題を解決するための手段】
【0007】
これらの目的は、独立請求項に記載の、光電子機能素子を収容するためのハウジングによって、およびかかるハウジングを製造するための方法によって達成される。本発明によるハウジングおよび本発明による方法の有利な実施形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。
【0008】
本発明は、以下の構成要素から少なくともなる、または以下の構成要素を含む、光電子機能素子、特にLEDを収容するためのハウジングを提供する。本発明によるハウジングは:
−少なくとも1つの光電子機能素子用のヒートシンクを形成するように、少なくとも1つの光電子機能素子用の取付領域を少なくとも部分的に画定する上面を有し、さらに下面および側面を有する基体と;
−少なくとも1つの光電子機能素子用の少なくとも1つの接続体であって、少なくとも1つのガラス層によって、好ましくは材料接着を介して前記基体に接合されている接続体とを含み、
−前記少なくとも1つの接続体が、前記基体の側面側に配置されおよび/もしくは取り付けられ、かつ、前記基体の周辺付近で前記基体の側面に沿って少なくとも部分的に延在しており;ならびに/または
−前記基体の少なくとも前記上面が、少なくとも1つの光電子機能素子用の取付領域を与える底部を有する少なくとも1つの第1くぼみを有する、ハウジングである。
【0009】
さらに、特にLED用の光電子機能素子ハウジングを作製するための方法であって:
−少なくとも1つの光電子機能素子用のヒートシンクを形成するように、少なくとも1つの光電子機能素子用の取付領域を少なくとも部分的に画定する上面を有する少なくとも1つの基体を設ける工程と;
−少なくとも1つの光電子機能素子用の少なくとも1つの接続体と、該接続体を前記基体に接合するための前記基体と前記接続体との間の少なくとも1つのガラスとを設ける工程と;
−前記基体、前記接続体、および前記ガラスを組み合わせる工程と;
−接着する粘度を有するおよび/または該粘度に達するまでガラスを加熱して、前記基体および前記接続体から複合体が形成できるようにする工程と;
−前記ガラスを冷却して、冷却されたガラスから形成される少なくとも1つのガラス層を介して前記基体および前記接続体が材料接着を形成するようにする工程と
を含み、
−前記基体の側面と前記接続体との間に前記ガラスを少なくとも部分的に与えることによって、前記接続体が前記基体の側面に少なくとも部分的に取り付けられ;および/または
−少なくとも1つの第1くぼみ(11)が前記基体の少なくとも前記上面に設けられ、該くぼみが少なくとも1つの光電子機能素子用の取付領域を与える底部を有している、方法も本発明の範囲内である。
【0010】
この方法の好ましい実施形態において、基体および/または接続体および/またはガラス層および/またはガラス層を形成しているガラスは、それぞれのアレイの形態で付与される。本発明のハウジングは、本発明による方法によって特に作製可能であるまたは作製される。本発明による方法は、本発明のハウジングを作製するのに好ましくは適合される。個々の方法工程の順序は、変動してよい。
【0011】
好ましくは、本発明によるハウジングは、実質的に無機のハウジングである。ハウジングは、金属製の基体、金属製の接続体、およびガラス層からなるまたはこれらを含む。
【0012】
基体上には、少なくとも1つの機能素子が設置される、または設置されている。基体は、一方では、機能素子用の支持部材を構成する。したがって、基体は、担体またはベースと称されてもよい。他方で、基体は、機能素子用のヒートシンクを構成する。
【0013】
基体は、1つの片で形成されていても、セグメントから形成されていてもよく、例えば層からなっていてもよい。また、導体通路、すなわち、いわゆるサーマルビアが基体に形成されていてよい。機能素子は、ハウジングに設置されまたは基体上に置かれた後、基体と直接接触する。
【0014】
機能素子は、基体に例えば接着および/またはハンダ付けされていてよい。ハンダとして、無鉛軟質ハンダが好ましくは用いられる。用いられ得る接着剤として、銀配合エポキシなどの導電性接着剤が好ましい。このように、直接接触という表現は、接着剤、ハンダ、または結合剤を介した接触をも意味する。
【0015】
本発明によると、基体は、機能素子用のヒートシンクも構成するため、適切な熱伝導率を示す材料を含む。好ましくは、基体は、少なくとも約50W/mK、好ましくは少なくとも約150W/mKの熱伝導率を有する。
【0016】
基体は、他の要素と熱的にカップリングされていてよい。好ましくは、基体は、少なくとも1種の金属を含み、または金属もしくは合金からなる。一般的な金属は、例えば、銅および/またはアルミニウムおよび/またはニッケルおよび/または鉄および/またはモリブデンおよび/または銅−タングステンおよび/またはCu−モリブデンである。
【0017】
一般に、上面の平面図において、基体は、約9mm
2〜約400mm
2、好ましくは約50mm
2以下の表面積を有する。基体の高さは、一般に約0.1mm〜約10mmの範囲であり、好ましくは最大で約2mmである。
【0018】
基体の他の可能性のある実施形態に関しては、文献WO2009/132838A1に記載されている基部を参照する。
【0019】
少なくとも1つの機能素子用の取付領域は、通常、第1くぼみの中心にある。唯1つの機能素子がハウジングに収容されることとなるとき、取付領域は、基体の中心軸の領域にあるか、または中心軸にある。
【0020】
機能素子は、基体の第1くぼみに置かれている。くぼみの断面は、第1くぼみに収容されることとなる機能素子のサイズおよび/もしくは機能素子の数、ならびに/または基体における第1くぼみの数に左右される。基体の上面に対する平面図において、第1くぼみは、約4mm
2〜約1000mm
2、または約4mm
2〜約50mm
2、好ましくは最大で約20mm
2の表面積を有していてよい。第1くぼみの深さは、第1くぼみに位置する機能素子が第1くぼみに実質的に全体に浸漬することができるように一般に選択される。第1くぼみの深さは、一般に約0.2mm〜約2mmの範囲である。
【0021】
一実施形態において、第1くぼみは、少なくとも1つの光電子機能素子が位置することができる第1くぼみの底部から開始して第1くぼみの上側に向かって増大する直径を有する。第1くぼみは、少なくとも部分的に円錐台または角錐台の形状であってよい。この構成により、光もしくはより一般には放射線に対するハウジングの放射および/または受け取りの特性の改善を可能にする。
【0022】
好ましくは、この目的で、基体における第1くぼみの内面もしくは側面、および/または付加的には接続体における伝達区域の内面もまた、以下に説明するが、反射特性を少なくとも部分的に有する。このように、基体の上面における第1くぼみおよび/または接続体における伝達区域は、光電子機能素子によって放出されたおよび/または受容される放射線用の反射体を形成していてよい。
【0023】
少なくとも1つの接続体は、基体の上面に、好ましくは第1くぼみに置かれた機能素子に電気的接続を付与するための接続体である。一般に、接続体は、基体の上面と、このような機能素子および周囲との間の接続の確立を可能にする。
【0024】
接続体は、固形体である。また、接続体は、特に金属板として設けられる。好ましくは、接続体は、例えば指によって圧迫されたときなどの、僅かな圧力下で変形可能であってもよい。しかし、接続体は、例えばPVD法を用いて基体に堆積または成長した層を構成しない。
【0025】
接続体は、基体から電気的に絶縁されている。接続体は、ガラス層によって、少なくとも部分的に分離されており、および/または、基体から少なくとも部分的に離間して配置されている。
【0026】
接続体は、金属または合金を含み、またはこれからなる。この場合の金属は、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄、鋼またはステンレス鋼、フェライト鋼またはステンレス鋼、およびオーステナイト鋼またはステンレス鋼からなる群から選択される少なくとも1種である。
【0027】
通常、接続体は、その上面の平面図において、約9mm
2〜約1000mm
2、好ましくは最大で約50mm
2の表面積を有する。接続体の高さは、一般に約0.1mm〜約5mmの範囲であり、好ましくは最大で約2mmである。
【0028】
接続体の他の可能性のある実施形態に関しては、文献WO2009/132838A1に記載されている頭部を参照する。
【0029】
本発明の好ましい実施形態において、接続体は、少なくとも1つの光電子機能素子によって放出されるおよび/または受け取られる放射線用の伝達区域を与える。伝達区域は、少なくとも1つの光電子機能素子用の第1くぼみおよび/もしくは取付領域の範囲にわたって、ならびに/または基体にわたって、少なくとも部分的に延在している。伝達区域は、光または放射線が通過してよい、すなわち、入射および/または出射してよい領域に対応することができる。伝達区域は、接続体において凹部またはホールとして好ましくは構成されている。光は、凹部の側面に入射してよい。好ましくは、伝達区域は、基体におよび/または第1くぼみに同軸上に配置されている。基体の上面に対する平面図において、伝達区域は、約4mm
2〜約1000mm
2、または約4mm
2〜約50mm
2、好ましくは最大で約20mm
2の表面積を有していてよい。伝達区域の深さは、接続体の高さに実質的に相当する。
【0030】
ハウジングの好ましい実施形態において、基体の上面は、第1くぼみの周辺付近に少なくとも部分的に延在する第2くぼみを有して、基体の側面が、少なくとも好ましくは下方外側面および好ましくは上方内側面によって形成されるようになっている。かくしてある種の段差は、基体または基体の上面に形成されている。基体の外側面は、基体の実側面に好ましくは対応している。外側面では、第1くぼみまたは基体の中心からの距離が内側面よりも大きい。基体は、上面および下面を有する。本明細書において、側面とは、上面を下面と接続させる側壁面を表す。
【0031】
第2くぼみは、接続体用の収容領域を構成する。接続体は、第2くぼみの底部、特にその下面に少なくとも部分的に存在する。代替的または付加的に、接続体は、基体の内および/または外側面に隣接していてよい。特に、接続体の側面、とりわけ伝達区域の側面は、基体の内および/または外側面に隣接している。このように、接続体は、基体の上面上に少なくとも部分的に配置されており、ならびに/または伝達区域の内側は、基体の内側面に隣接しておよび/もしくは基体の外側面に隣接して配置されている。
【0032】
一般に、基体の上面の平面図において、第2くぼみの幅は、約0.5mm〜約15mmの範囲であり、好ましくは最大で約6mmである。くぼみの幅は、基体における接続体用の支持面によって画定される。第2くぼみの深さは、一般に約0.1mm〜約5mmの範囲である。
【0033】
通常、基体および接続体は互いに電気的に絶縁されているため、「隣接して配置されている」とは、基体および接続体がガラス層によって分離されている配置をも意味する。最初に言及した実施形態において、ガラス層は、第2くぼみの底部と接続体の下面との間に、少なくとも部分的に配置されている。第2実施形態において、ガラス層は、接続体の、好ましくは伝達区域の内側面と、基体の外側面との間に配置されている。
【0034】
別の実施形態において、接続体はセグメント化されている。形成されたセグメントにより、基体上に位置する複数の光電子機能素子または単一の光電子機能素子に複数の端子が設けられ得る。好ましくは、接続体のセグメントは、ガラス層によって、互いに離間しており、および/または互いに電気的に絶縁されている。
【0035】
ハウジングの別の実施形態において、接続体は、基体を越えて少なくとも部分的に延在し、少なくとも1つの接続タブを与える。タブは、好ましくは手で屈曲可能であり、および/または半径方向外向きに、特に連続的に減少する幅を有する。タブは、接続体を拡大する。通常、この場合、その上面の平面図において、接続体は、約9mm
2〜約800mm
2、好ましくは最大で約100mm
2の表面積を有する。
【0036】
さらに、接続手段用の、好ましくはボンディングワイヤ用の取付領域は、基体内にもしくは基体に、および/または接続体内にもしくは接続体に設けられていてよい。取付領域は、第1くぼみのおよび/または伝達区域の内周に凹部として好ましくは形成される。
【0037】
ガラスは、基体を接続体に接合するための、および/または基体を接続体から絶縁するためのガラスである。ガラスは、基体および/または接続体に用いられる材料の融点よりも低い領域に軟化点または軟化温度を有する。ガラスは、接合のために、または接合の際に、要素が互いに接着する粘度を有する程度まで加熱され、または加熱されている。ガラスは、接合の際、10
7Pa・s〜約10
3Pa・sの範囲にある粘度を好ましくは有する。加熱は例えば炉において達成される。使用されるガラスは、好ましくはリン酸塩ガラスおよび/もしくは軟質ガラスおよび/もしくはアルカリチタンケイ酸塩ガラスであり、またはこれを含む。リン酸塩ガラスの例として、SCHOTT G018−122と命名されたガラスが挙げられる。軟質ガラスの例として、SCHOTT8061および/またはSCHOTT8421と命名されたガラスが挙げられる。
【0038】
例えば、基体および/または接続体が、特にガラスへの境界面に、銅および/またはアルミニウムを実質的に含むとき、ガラスは、好ましくはアルカリチタンケイ酸塩ガラスである。基体および/または接続体および/または少なくともそれぞれの境界面は、少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも80重量%の銅またはアルミニウム含有率を有する。
【0039】
一実施形態において、アルカリチタンケイ酸塩ガラスは、以下の組成(重量%)を有するまたは含む:
【0040】
【表1】
【0041】
表において用いられる用語R
2Oは、全アルカリ酸化物の合計を表す。ここでのアルカリ金属は、少なくとも元素Li、Na、およびKによって与えられる。
【0042】
1つの具体的な実施形態において、R
2O基は、以下の成分(重量%)を含む:
【0043】
【表2】
【0044】
第1の好ましい実施形態において、ガラスは、以下の組成を有するまたは含む:
【0045】
【表3】
【0046】
好ましくは、第1実施形態のガラスは、以下の組成を有するまたは含む:
【0047】
【表4】
【0048】
第2の好ましい実施形態において、ガラスは、以下の組成を有するまたは含む:
【0049】
【表5】
【0050】
好ましくは、第2実施形態のガラスは、以下の組成を有するまたは含む:
【0051】
【表6】
【0052】
ガラスによって形成されたガラス層、またはより詳細には基体と接続体との間に形成されたガラス層は、一般に約30μm超の厚さを有する。これにより、十分な電気絶縁特性を有する気密なボンディングを付与することが可能になる。ガラス層の厚さは、好ましくは約30μm〜約500μm、より好ましくは約100μm〜約300μmの範囲である。
【0053】
とりわけ上記の組成を有する、アルカリチタンケイ酸塩ガラスを基準にしたガラス層の電気抵抗は、一般に1GΩを超える。気密状態とは、一般に1×10
−8mbar×l/s未満である。さらに、ガラスは、改良された強度および改良された耐化学性によって区別される。例えば、サンプル本体(4mm×4mmの光沢面、および100μmの呼び厚さのガラス層)における剪断強度は、ガラスP8061と比較して増大され得、本発明のガラスでは平均60N〜105Nである。さらに、本発明によるガラスは、ガラスG018−122(WO2009/132838A1を参照されたい)と比較して改良された耐化学性を有する。電気めっきは、ガラス化の後に実施されてよい。
【0054】
一般に、ガラスは、分注、好ましくは穿孔されたガラスストリップの供給、および/または個々のプリフォームの供給からなる群から選択される少なくとも1つの方法によって設置されてよい。ガラスストリップは、例えば細長い片をストリップ形状に成形することによって与えられてよい。ガラスは、経済的な製造のために、アレイで与えられてよい。
【0055】
ガラス層およびガラス層を用いる方法の他の可能性のある実施形態に関しては、文献WO2009/132838A1に記載されている第1および/または第2ガラス層を参照する。
【0056】
ガラス層は、基体の側面と接続体との間に、少なくとも部分的に配置されている。好ましくは、ガラス層は、基体の側面と、接続体の、好ましくはその伝達区域の側面との間に少なくとも部分的に配置されている。
【0057】
代替的または付加的な実施形態において、ガラス層は、基体の上面と接続体の下面との間に、少なくとも部分的に配置されている。
【0058】
基体への接続体のより良好な接着を達成するために、基体および/または接続体のガラス接触面は、好ましくは前処理される。一実施形態において、前処理は、ガラス接触面の予備酸化を含んでいてよい。予備酸化は、例えば酸素含有雰囲気における表面の選択的な酸化を意味する。この場合、ガラスと銅または酸化銅との間のボンディングは、非常に安定であることが判明している。金属、好ましくは、銅は、酸素含有雰囲気において選択的に酸化される。酸化物重量に関して、約0.02〜約0.25mg/cm
2、好ましくは約0.067〜約0.13mg/cm
2の単位面積あたりの質量が、酸化物重量に関して有利であることが判明している。酸化物は、よく接着してはがれない。このことは、銅が、基体においておよび/または接続体においておよび/または少なくとも界面で、50重量%超、好ましくは80重量%超の割合で付与されるときに特に当てはまる。
【0059】
基体および/または接続体の特性、例えば反射性、接着性および/または電気伝導性を改良するために、これら基体および接続体を、好ましくは少なくとも部分的に、好ましくは金属でコーティングおよび/または被覆してもよい。1つの可能性のある方法は、めっき、好ましくは電気めっきである。
【0060】
基体上に位置し得る光電子機能素子は、放射線放出および/または放射線受け取り要素である。好ましくは、光電子機能素子は、チップとして形成される。機能素子は、LED、光ダイオード、およびレーザーダイオードからなる群から選択される少なくとも1つの要素である。本発明によるハウジングは、好ましくは出力が約5Wを超える高出力LEDに用いられるのに特に好適である、なぜなら、かかる要素は、効率的な放熱を必要としており、また、ハウジングが、十分に耐熱性でなければならないからである。本発明のハウジングは、使用時に十分な熱安定性を必要とする、特に、電力半導体などの非光電子機能素子にも有用であり得る。そのため、本発明のハウジングは、光電子機能素子用のおよび/またはより一般には機能素子用のハウジングであってもよい。このことは、本発明による方法にも当てはまる。
【0061】
さらなる変形例において、本発明のハウジングは、接続体の上面および/または基体の上面において、例えば光学要素などの端部素子を受けるおよび/または支持するための収容領域を有する。
【0062】
場合により、少なくとも1つの好ましくは透明の端部素子が、ここでは好ましくは収容領域において、基体の上面および/または接続体の上面に適用または配置されている。特に、端部要素は光学要素である。光学要素の一例は、集束要素、好ましくはレンズである。レンズは、好ましくは凸ガラスレンズによっておよび/または滴剤、例えばシリコーン滴剤によって設けられてよい。
【0063】
ハウジングの別の実施形態において、その少なくとも下面に絶縁体が適用される。この目的で、絶縁体は、基体の下面、および場合により接続体の下面に設けられ、この絶縁体は、絶縁層によって好ましくは設けられる。絶縁体は、連続的であっても、セグメント化されていてもよい。絶縁体材料は、好ましくは、ガラスおよび/もしくはセラミック材料であり、またはこれを含む。層は、例えば、エナメル加工によっておよび/または冷却スプレープロセスによって設けられてよい。これにより、ハウジングの下面を電気的浮遊状態に保つことが可能になる。
【0064】
ハウジングの別の実施形態において、スリーブが基体の側面側に配置されている。スリーブまたはシースは、基体の周辺付近および/または接続体付近に少なくとも部分的に、好ましくは延在している。スリーブは、ガラス層を経て基体および/または接続体に好ましくは固定されている。ガラス層は、基体とスリーブとの間に設置されている。好ましくは、スリーブは、例えばステンレス鋼からなる金属製スリーブとして設けられる。これにより、所定の電位、例えば接地電位で、少なくともハウジングの外面を設けることが可能になる。
【0065】
特に第1および/もしくは第2くぼみ、および/もしくは他の変形例を含む基体、ならびに/または、特に伝達区域および/もしくはタブおよび/もしくは他の変形例を含む接続体は、リードフレームプロセスによって作製される。かかる製造技法の例として、光化学エッチング、穿孔、レーザー切断、および/または水ジェット切断が挙げられる。穿孔は、非常に費用効率的であり、したがって、上記要素を作製するのに好ましい技法である。そのため、本発明の1つの好ましい実施形態は、基体および/または接続体を作製するのに、穿孔可能な金属のみを本質的に用いる。一実施形態において、基板あたり多数の要素が得られるように基板をパターン化する。ハウジングは、個々のハウジングからなるアレイの一部である。このように、アレイは、それぞれの要素が一体化または配置されているある種の基礎体である。したがって、複数のハウジング、好ましくは上記ハウジングを含む配置またはアレイも同様に本発明の範囲内である。個々のハウジングは、ウェブまたは接続ウェブによってそれぞれのアレイに取り付けられている。そのため、本発明は、複数の光電子機能素子ハウジングを作製するための方法によって、同様に記載されてよい。その製造後、ハウジングはアレイから分離される。
【0066】
さらに、本発明によるハウジングと、ハウジングに配置されている、少なくとも1つの放射線放出および/または放射線受け取り光電子機能素子、特にLEDとを含む光電子要素が本発明の範囲内である。
【0067】
また、特に車両および/または飛行機において、および/または飛行場の照明として用いられる照明装置、例えば内部照明および/または外部照明も本発明の範囲内であり、これらは、本発明による少なくとも1つのハウジングおよび/または1つの光電子要素を含む。照明装置の例として、シート照明;読書灯;とりわけ天井もしくは壁に一体化されていてよい作業用照明;家具および/または建物における対象物照明;好ましくは自動車における、ヘッドランプおよび/またはテールランプ、および/または内部照明、および/または機器もしくはディスプレイ照明;LCDディスプレイ用バックライト;好ましくは医療および/または浄水用途におけるUV光;ならびに/あるいは湿気および/または攻撃的ガスおよび/または放射線に暴露されるときなどの厳しい環境用の照明が挙げられる。
【0068】
本発明を以下の例示的な実施形態によってここで詳細に説明する。この目的のために、添付の図面を参照する。種々の図面における同じ参照番号は、同じ部分を指している。