DE102010044471A1 - Beschichtungsverfahren für ein optoelektronisches Chip-On-Board-Modul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines optoelektronischen Chip-On-Board-Moduls (1, 11–11'''), das einen flächigen Träger (2, 2') umfasst, der mit einem oder mehreren optoelektronischen Komponenten (4) bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung (12) aus einem Silikon, ein entsprechendes optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') und ein System mit mehreren optoelektronischen Chip-On-Board-Modulen (11–11'''). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Vergießen eines flüssigen Silikons (21, 22) in eine nach oben offene Form (20), die Außenmaße aufweist, die den Außenmaßen des Trägers (2, 2') entsprechen oder diese übersteigen, b) Einführen des Trägers (2, 2') in die Form (20), wobei die optoelektronische Komponente (4) oder die optoelektronischen Komponenten (4) vollständig in das Silikon (21) eingetaucht werden und eine Oberfläche des Trägers (2, 2') das Silikon (21) vollflächig berührt oder der Träger (2, 2') wenigstens teilweise vollflächig in das Silikon (21) eintaumit den optoelektronischen Komponenten (4) und dem Träger (2, 2') und d) Entnehmen des Trägers (2, 2') mit der Beschichtung (12) aus dem ausgehärteten Silikon (21) aus der Form (20).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines optoelektronischen Chip-On-Board-Moduls, das einen flächigen Träger umfasst, der mit einem oder mehreren optoelektronischen Komponenten bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung aus einem Silikon, ein entsprechendes optoelektronisches Chip-On-Board-Modul und ein System mit mehreren optoelektronischen Chip-On-Board-Modulen.
  • Gattungsgemäße optoelektronische Chip-On-Board-Module werden beispielsweise als Leuchtkörper, als Hochleistungs-UV-LED-Lampen, als Photovoltaik-Module, Sensoren o. ä. verwendet. Bei den dabei verwendeten optoelektronischen Komponenten handelt es sich im Rahmen der Erfindung beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um LEDs oder Photodioden in Form von Chips oder anderen Bauteilen, die im Chip-On-Board-Modul auf einem flächigen Träger, also einem Metall-, Keramik- oder Siliziumsubstrat, einer Metallkern- oder FR4-Leiterplatte, einem Glasträger, einem Kunststoffträger o. ä. angeordnet sind. Diese Chip-On-Board-Module müssen vor mechanischen Schäden und Korrosion geschützt werden. Hierzu werden möglichst kompakte und leichte Lösungen gesucht.
  • Ein Schutz in der Form von Gehäusen auf Chip-On-Board-Modulen ist oft kostenaufwändig und technologisch aufwändig. Eine praktikable Alternative zum Schutz von Chip-On-Board-Modulen stellt ein flächiger Verguss der Komponenten mit einem kunststoffbasierten Vergussmaterial dar. Zusammen mit weiteren funktionalen Komponenten, wie etwa Leiterbahnen und Kontaktierungselementen, werden die optoelektronischen Komponenten in Chip-On-Board-Modulen zusammen mit einem flächigen Träger durch Beschichtungen vor mechanischen Schäden und Korrosion geschützt.
  • Üblicherweise werden hierfür Spritzgussverfahren oder Gießverfahren mit Epoxidharzen verwendet. Diese werden als Vergussmaterial zunächst flüssig aufgebracht und dann thermisch und/oder strahlungsinduziert ausgehärtet. Da das Vergussmaterial zunächst flüssig ist, muss ein Wegfließen der Vergussmasse vermieden werden. Dies geschieht üblicherweise durch eine Form oder einen festen Rahmen.
  • Eine Alternative hierfür bildet das so genannte „Dam-and-Fill”-Verfahren, worin zunächst ein Kunststoffdamm auf den Träger des Chip-On-Board-Moduls aufgebracht wird, der eine Fläche des Trägers umschließt, in die anschließend eine flüssige Füllmasse aus Epoxidharz eingefüllt wird. Diese wird ausgehärtet. Damm und Füllmasse bilden zusammen die Beschichtung des Moduls. Zur Erzeugung des Damms wird bei diesem Verfahren ein zähflüssiges Polymer mit einer Dispensvorrichtung aufgebracht bzw. gezogen und danach ausgehärtet, so dass auf die von dem Damm eingeschlossene Fläche Vergussmaterial vergossen werden kann, ohne dass dieses wegfließt.
  • Der so erzeugte Kunststoffdamm ist allerdings nicht transparent. Daher sind derart beschichtete optoelektronische Chip-On-Board-Module, also Chip-On-Board-Module, die mit optoelektronischen Komponenten, wie beispielsweise LEDs oder Photodioden, bestückt sind, zum Rand hin in ihrer Lichtstrahlungsstärke bzw. ihrer Lichtempfindlichkeit beeinträchtigt.
  • Diese genannten Verfahren unter Anwendung von Epoxidharzen eignen sich weniger für optoelektronische Anwendung, da Epoxidharze nicht UV- und temperaturbeständig sind. Sie sind deshalb beispielsweise in einem Hochleistungs-UV-LED-Modul oder auch bei intensiver Sonneneinstrahlung mit UV-Anteilen, wie sie in der Photovoltaik vorkommen, nicht stabil. Sie altern bei UV-Belastung schnell und werden zerstört.
  • Andere Lösungen, wie beispielsweise das Aufkleben eines Glasrahmens oder einer Glaskuppe, die transparent, UV- und temperaturstabil sind, erfordern eine sehr aufwändige Montage des Rahmens und eine schwierig herzustellende Kompaktheit des Rahmens. Zudem ist eine solche Lösung mit einem höheren Gewicht verbunden als eine Vergusslösung. Für starre Glasmaterialien stellt eine meist notwendige Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbundmaterialien zudem eine weitere Hürde dar, insbesondere wenn die späteren Produkte thermischen Zyklen ausgesetzt sind.
  • Bei einer Kombinationslösung aus einem Glasrahmen und einem Verguss mit einem geeigneten nicht-epoxidbasierten Material, wie z. B. einem temperatur- und UV-stabilen Silikon können kleinste Spalte zwischen Rahmen und Substrat dazu führen, dass das stark kriechfähige Silikon beim Vergießen auslaufen könnte. Außerdem muss auf dem Substrat Platz für den Rahmen vorgesehen werden. Dies beeinträchtigt eine bestmögliche Ausnutzung der Substratfläche und/oder eine gewünschte Anreihbarkeit.
  • Bekannte Spritzgussverfahren und Gießverfahren erfordern aufgrund der Notwendigkeit zur Verhinderung des Wegfließens des flüssigen Gießmaterials eine den Rand des Moduls abdichtende Vakuumdichtung. Dies führt zu einem Verlust nutzbarer Fläche am Modul, da der Randbereich von Bauelementen freigehalten werden muss.
  • Bislang ist kein Verfahren zur Realisierung einer flächigen Beschichtung für Chip-On-Board-Module bekannt, in dem sowohl im Flächen- als auch im Randbereich des Vergusses Materialien eingesetzt werden, die sowohl UV-stabil als auch temperaturstabil sind und die darüber hinaus ebenso für elektromagnetische Strahlung vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich transparent sind.
  • In EP 1 657 758 A2 ist ein entsprechendes Gießverfahren für LED-Einheiten auf einer Stützstruktur zur Erzeugung von Linsen für die LED-Einheiten bekannt, bei der flüssiges Silikon in eine Negativ-Form für die Linsenstruktur gefüllt wird und die Stützstruktur mit den LEDs auf die Form aufgesetzt werden, so dass die LEDs in das flüssige Linsenmaterial eingetaucht werden. Rund um die Stützstruktur des Moduls und die Form ist eine Vakuumdichtung angebracht, die am Rand der Stützstruktur bzw. des Substrats des Moduls und der Form angreift und die beiden unter hohem Druck aufeinander presst, um zu verhindern, dass das flüssige Material heraustritt. Auf diese Weise werden Linsen um die LEDs herum geformt, während die Fläche zwischen den LEDs vom Gießmaterial im Wesentlichen, bis auf hineinkriechendes Material, unbenetzt bleibt.
  • Mit diesem Verfahren ist es nicht möglich, optoelektronische Chip-On-Board-Module mit einer Beschichtung zu versehen, die transparent, UV- und temperaturbeständig ist und das beliebig mit optoelektronischen Komponenten bestückbar ist, insbesondere unter voller Flächenausnutzung.
  • Für den Einsatz von Chip-On-Board-Technologie zur Herstellung von Hochleistungs-UV-LED-Modulen, die flächig abstrahlen, oder von Photodioden-Arrays, ist ein flächiger Verguss, der die genannten Nachteile vermeidet, vorteilhafter. Aus Gründen der optischen Effizienz und einer bestmöglichen Anreihbarkeit von Modulen sollte der Verguss sowohl in der Fläche als auch im Randbereich transparent sein. Ebenso sind eine hohe Temperatur- und UV-Stabilität sowohl für die Fertigung entsprechender optoelektronischer Bauteile als auch für langzeitstabile Funktionalität relevant.
  • Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Chip-On-Board-Moduls und ein entsprechendes optoelektronisches Chip-On-Board-Modul zur Verfügung zu stellen, bei denen eine transparente, UV- und temperaturbeständige Beschichtung vollflächig auf dem Träger möglich ist und die volle Trägerfläche zur Anordnung von optoelektronischen Komponenten zur Verfügung steht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beschichtung eines optoelektronischen Chip-On-Board-Moduls, das einen flächigen Träger umfasst, der mit einem oder mehreren optoelektronischen Komponenten bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung aus einem Silikon gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    • a) Vergießen eines flüssigen Silikons in eine nach oben offene Form, die Außenmaße aufweist, die den Außenmaßen des Trägers entsprechen oder diese übersteigen,
    • b) Einführen des Trägers in die Form, wobei die optoelektronische Komponente oder die optoelektronischen Komponenten vollständig in das Silikon eingetaucht werden und eine Oberfläche des Trägers das Silikon vollflächig berührt oder der Träger wenigstens teilweise vollflächig in das Silikon eintaucht,
    • c) Aushärten und Vernetzen des Silikons mit den optoelektronischen Komponenten und dem Träger, und
    • d) Entnehmen des Trägers mit der Beschichtung aus dem ausgehärteten Silikon aus der Form.
  • Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß EP 1 657 758 A2 ist die Beschichtung, die als Ergebnis des Verfahrens auf dem optoelektronischen Chip-On-Board-Modul aufgebracht wird, bis zum Rand und ggf. über den Rand hinaus des Trägers in einer für einen Korrosionsschutz und mechanischen Schutz ausreichenden Dicke vorhanden. Diese Beschichtung ist auf der gesamten beschichteten Fläche des Trägers transparent, UV- und temperaturbeständig. Da die Beschichtung bis zum Rand des Trägers und darüber hinaus geht, ist es möglich, die optoelektronischen Komponenten beliebig auf dem Träger anzuordnen. Weil keine Vakuumdichtung notwendig ist, die umlaufend um den Träger und die entsprechende Form angebracht wird, und es daher keinen Rand gibt, der von optoelektronischen Komponenten frei bleiben muss, ist eine optimale Flächenausnutzung möglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kriecheigenschaften des Silikons ausgenutzt, da sie eine effiziente Benetzung und damit einen effizienten Schutz des Trägers der darauf angeordneten optoelektronischen Komponenten und anderer Aufbauten und Bauteile gewährleisten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird flüssiges Silikon in die Form vergossen, in die anschließend der Träger kopfüber eingelegt wird. Die Füllhöhe des Silikons wird dabei derart gewählt, dass der Träger mit seiner Oberfläche gerade die Oberfläche des Silikons berührt oder darin eintaucht. Das flüssige Silikon wird anschließend mitsamt der Form und dem Substrat beispielsweise thermisch vernetzt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine Strahlenvernetzung stattfinden. Wenn das Silikon vollständig ausgehärtet ist, wird das Substrat inklusive des nun gehärteten, anhaftenden und transparenten Vergusses der Form entnommen. Auf diese Weise ergibt sich ein UV- und temperaturstabiler Schutz von Chip-On-Board-Modulen bis hin zu Intensitäten von einigen 10 W/cm2 und ca. 200°C. Dieser Schutz ist über den gesamten Flächen- und Randbereich transparent und einheitlich und bietet auch einen mechanischen Schutz des Trägers und der Aufbauten.
  • Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte a) und/oder b) und/oder c) und/oder d) unter einem erhöhten atmosphärischen Druck ausgeführt, insbesondere bei einem atmosphärischen Druck zwischen 4 und 10 bar, insbesondere zwischen 5 und 7 bar. Der erhöhte atmosphärische Druck, der nicht ein mechanischer Druck des Trägers gegenüber der Form ist, führt dazu, dass Gasblasen in der Silikonmasse verkleinert werden, bis sie sich vollständig schließen und das Gas durch die Silikonmasse nach außen diffundiert.
  • Zusätzlich ist vorzugsweise vorgesehen, vor dem Verfüllen das Silikon einem Vakuum, beispielsweise bei ca. 10 mbar, auszusetzen, um Gaseinschlüsse ausgasen zu lassen. Damit wird ein gasfreies Silikonmaterial erhalten, das anschließend in die Form eingefüllt werden kann.
  • Wenn vorzugsweise in das flüssige Silikon optisch funktionale Materialien, insbesondere phosphoreszierende und/oder streuende Materialien oder Partikel, eingemischt sind oder werden, können die optischen Eigenschaften der optoelektronischen Chip-On-Board-Module weiter verändert werden. So kann durch phosphoreszierende Materialien eine Wellenlängenverschiebung und eine Farbveränderung des emittierten Lichts realisiert werden, während streuende Materialien oder Partikel eine Vergleichmäßigung des ausgestrahlten Lichts bewirken.
  • Vorzugsweise wird an einer Oberfläche der Beschichtung eine durch die Form vorgegebene oder später hinzugefügte Oberflächenstruktur erzeugt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Erhöhungen oder Vertiefungen, die beispielsweise an der Oberfläche des Vergusses des fertigen Moduls invers aus der Form abgeformt sind. Auf diese Weise lassen sich makroskopische und mikroskopische Primäroptiken oder allgemeine Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Linsen oder lichtstreuende Aufrauungen, direkt auf das Modul aufbringen.
  • Vorteilhafterweise wird oder ist der Träger bis zu einem oder mehreren Rändern mit optoelektronischen Komponenten bestückt. Auf diese Weise wird die vorhandene Trägerfläche optimal ausgenutzt. Dies hat auch den Vorteil, dass Systeme aus mehreren Chip-On-Board-Modulen, die nebeneinander angeordnet werden, auch über die Grenzen zwischen den Trägern hinweg großflächig eine gleichmäßige Anordnung der optoelektronischen Komponenten ermöglichen.
  • Vorteilhafterweise wird der Träger randlos und/oder bis über den Rand hinweg beschichtet. Auf diese Weise ist bei einer randlosen Beschichtung die volle Designfreiheit gewahrt, während eine Beschichtung, die über den Rand hinweg geht und somit die Seitenflächen des Trägers ganz oder teilweise umschließt, zusätzlich verhindert, dass von der Seite Störungen oder Verschmutzungen in den Spalt zwischen der Beschichtung und die Oberfläche des Trägers eindringen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Weiterbildungen bieten somit neben dem Vorteil, dass eine ganzflächige UV- und temperaturstabile transparente Beschichtung des Trägers ermöglicht wird, sowie die weiteren Vorteile, dass die Designfreiheit der Anordnung der optoelektronischen Komponenten auf dem Träger maximiert wird und aufgrund des transparenten Randes die Möglichkeiten zur nahtlosen Anreihbarkeit von Chip-On-Board-Modulen aneinander verbessert wird.
  • Das Verfahren kann dazu genutzt werden, optische Funktionalitäten gezielt einzustellen, mittels der Oberflächenformung und mittels der Einmischung optisch funktionaler Materialien in das Vergussmaterial. Die Härte des Silikons kann so gewählt werden, dass thermisch induzierte Spannungen gedämpft werden, die durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen Träger, Chip-On-Board-Bauteilen und Verbindungsmaterialien auftreten. Typische Shore-Härten liegen dabei zwischen der Härte eine Gels und einer Shore-Härte nahe 100.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein optoelektronisches Chip-On-Board-Modul, umfassend einen flächigen Träger, der mit einer oder mehreren optoelektronischen Komponenten bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung aus einem Silikon gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Oberfläche des Trägers, die mit einer oder mehreren optoelektronischen Komponenten bestückt ist, randlos mit dem Silikon beschichtet ist.
  • Dieses erfindungsgemäße optoelektronische Chip-On-Board-Modul weist die gleichen Vorteile auf wie das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren, da es randlos mit einem Silikon beschichtet ist, das transparent, UV- und temperaturbeständig ist. Die komplette Fläche des Trägers steht zur Anordnung von optoelektronischen Komponenten zur Verfügung, so dass die Designfreiheit maximiert ist.
  • Vorzugsweise ist der Träger auch an seinen Seitenflächen wenigstens teilweise mit dem Silikon beschichtet, so dass der Schutz des Chip-On-Board-Moduls weiter erhöht wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Silikon eine Beimischung von optisch funktionalen Materialien, insbesondere phosphoreszierenden und/oder streuenden Materialien oder Partikeln, auf. Damit lassen sich die Wellenlängen und Farbeigenschaften des Materials einstellen, insbesondere, wenn es sich bei den optoelektronischen Chip-On-Board-Modulen um lichterzeugende Module, beispielsweise LED-Module und/oder UV-LED-Module handelt.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise weist die Beschichtung eine Oberflächenstruktur auf, insbesondere Linsen oder lichtstreuende Aufrauhungen. Diese Oberflächenstruktur kann durch Abformung aus der Form erzeugt werden oder durch nachträgliche Bearbeitung.
  • Vorzugsweise ist der Träger bis an einen Rand oder bis kurz vor einen Rand mit optoelektronischen Bauteilen bestückt. Dies umfasst auch die Möglichkeit, dass der Träger bis an mehrere oder alle Ränder oder bis kurz vor diesen Rändern mit optoelektronischen Bauteilen bestückt ist. Dies erlaubt die effektive Ausnutzung der gesamten zur Verfügung stehenden Oberfläche des Trägers, da der Rand nicht freigelassen werden muss, da eine Vakuumdichtung wie aus dem Stand der Technik bekannt, entfällt. Damit kann ein gleichbleibender Pitch von optoelektronischen Kompomenten auch über die Grenzen zwischen benachbarten Modulen hinweg eingehalten werden.
  • Das erfindungsgemäße optoelektronische Chip-On-Board-Modul ist vorzugsweise nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wie oben beschrieben hergestellt oder herstellbar.
  • Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein System mit zwei oder mehr oben beschriebenen optoelektronischen Chip-On-Board-Modulen gelöst, wobei die Träger der optoelektronischen Chip-On-Board-Module bündig nebeneinander angeordnet sind, wobei sich insbesondere aufgrund einer randständigen Bestückung der Träger mit optoelektronischen Komponenten eine auch über die Grenzen zwischen benachbarten Trägern hinweg regelmäßige Anordnung und Beabstandung von optoelektronischen Komponenten ergibt.
  • Die zu den Erfindungsgegenständen, also das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße optoelektronische Chip-On-Board-Modul und das erfindungsgemäße System, genannten Eigenschaften, Merkmale und Vorteile gelten uneingeschränkt auch für die jeweils anderen Erfindungsgegenstände.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung von zwei Chip-On-Board-LED-Modulen,
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Chip-On-Board-LED-Moduls,
  • 3a), 3b) eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Chip-On-Board-LED-Moduls,
  • 5 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Chip-On-Board-LED-Moduls und
  • 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Chip-On-Board-LED-Moduls.
  • In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
  • Die Erfindung wird anhand von Chip-On-Board-LED-Modulen, also anhand von Leuchtkörpern, als Beispiel für optoelektronische Chip-On-Board-Module erläutert. Im Rahmen der Erfindung können anstatt von LED-Modulen als optoelektronische Komponenten auch Photodioden in Solarzellen oder andere Komponenten Anwendung finden.
  • In 1 ist ein Chip-On-Board-LED-Modul 1 ohne Beschichtung im Querschnitt schematisch gezeigt, bei dem auf zwei parallel angeordneten Trägern 2, 2' bzw. Substraten Leiterbahnen 3, 3' und als unbehauste LED-Chips ausgebildete LEDs 4, 4' in regelmäßigem Abstand angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle wiederkehrenden Elemente der 1 und der folgenden Figuren mit Bezugszeichen versehen, diese beziehen sich jedoch auf alle gleichartigen Elemente. Es ist somit in 1 jeweils nur eine LED 4, 4' für jedes der beiden Chip-On-Board-LED-Module 1, 1' mit einer Bezugsziffer versehen. Die anderen Komponenten sind jeweils gleichartig.
  • Ein Träger 2, 2' kann beispielsweise ein in starrer, halbflexibler oder flexibler Substrattechnologie aufgebautes Metall-, Keramik- oder Siliziumsubstrat, eine Metallkern- oder FR4-Leiterplatte, ein Glasträger oder ein Kunststoffträger sein.
  • Mit Linien sind Lichtkegel 5, 5' der LEDs 4, 4' dargestellt. Die LEDs sind näherungsweise Lambert'sche Strahler, die ca. 75% der gesamten abgestrahlten Lichtleistung innerhalb eines Öffnungswinkels von 120° abstrahlen. Ist die mit LEDs 4, 4' bestückte Fläche gegenüber dem Messabstand ausgedehnt und der Abstand hinreichend größer als der Abstand der LED-Chips, auch „Pitch” genannt, dann wird eine homogene Intensitätsverteilung mit ähnlichen Eigenschaften gemessen, wie die einer homogenen, diffus leuchtenden Fläche.
  • Im in 1 dargestellten Fall setzt sich die homogene Intensitätsverteilung auch über die Stoßstelle 6 zwischen benachbarten Modulen 1, 1' fort, da der Überlappungsbereich 7 der Lichtkegel 5, 5' an dieser Stelle aufgrund der regelmäßigen und randständigen Bestückung der Träger 2, 2' mit LEDs 4, 4' und dem Fehlen von optischen Hindernissen gut ausgebildet ist.
  • In 2 ist ein erfindungsgemäßes Chip-On-Board-LED-Modul 11 schematisch dargestellt, das auf einem Träger 2 ebenfalls Leiterbahnen 3 und LED-Chips 4 aufweist. Es ist mit einer Silikonbeschichtung 12 versehen, die in Randbereichen 13 auch über die Seitenränder des Trägers 2 hinausreichen und den Träger 2 somit rundum schützen.
  • Die erfindungsgemäßen Chip-On-Board-LED-Module 2 gemäß 2 können bündig nebeneinander angeordnet werden, so dass ein gleichmäßiger überlappender Strahlungsbereich mit einer Strahlungscharakteristik wie in 1 dargestellt, erzielbar ist.
  • In 3a) und 3b) ist schematisch dargestellt, wie das erfindungsgemäße Chip-On-Board-LED-Modul 11 gemäß 2 hergestellt wird. Dazu wird zunächst ein unbeschichtetes Chip-On-Board-LED-Modul 1 kopfüber in eine Form 20 mit einem Bad aus flüssigem Silikon 21 eingetaucht, welches aus einem oder mehreren Silikonvorräten 22 in die Form eingefüllt worden war. Das Eintauchen geschieht in Richtung des zentral dargestellten Pfeils in 3a).
  • Die Füllhöhe des Silikons wird derart gewählt, dass der Träger 2 mit seiner Oberfläche die Oberfläche des Silikons berührt oder leicht darin eintaucht. Dafür sind die Ausmaße bzw. das lichte Innenmaß der Form derart gewählt, dass der Träger 2 des Chip-On-Board-Moduls 1 vollständig in die Form aufgenommen wird. Zwischen den Seitenwänden der Form 20 und der Außenseite des Trägers 2 befindet sich ggf. ein kleiner Spalt, in den Silikon 21 eindringen kann.
  • Das flüssige Silikon 21 wird anschließend ausgehärtet und dabei mit dem Modul vernetzt, beispielsweise thermisch. Wenn das Silikon vollständig ausgehärtet ist, wird der Träger als neu beschichtetes Chip-On-Board-LED-Modul 11 inklusive des nun gehärteten, anhaftenden und transparenten Vergusses aus der Form entnommen. Dies ist in 3b) mit dem darin zentral gezeigten Pfeil dargestellt.
  • In den 4, 5 und 6 sind drei verschiedene Varianten erfindungsgemäßer optoelektronischer Chip-On-Board-Module 11', 11'', 11''' dargestellt, die sich in den Komponenten des Trägers, der Leiterbahn und der LEDs nicht von dem Chip-On-Board-LED-Modul 11 aus 2 unterscheiden.
  • In 4 weist die Oberfläche der Beschichtung 12 eine Oberflächenstruktur in Form von Linsen aus Silikon über den einzelnen LEDs auf, die aus einer inversen Abformung der Struktur aus der Form, in die zunächst das Silikon eingeführt worden war, resultiert. Diese Linsen wirken für das von den LEDs ausgesendete Licht bündelnd oder zerstreuend, je nach eingestellter Geometrie.
  • Die in 4 gezeigte Struktur kann auch von Photovoltaik-Modulen eingesetzt werden, um einfallendes Licht auf die entsprechenden Photodioden zu bündeln.
  • In 5 ist bei dem optoelektronischen Chip-On-Board-LED-Modul 11'' die Oberfläche so verändert, dass sich eine aufgeraute Oberflächenstruktur 16 ergibt. Hierdurch wird das von den LEDs ausgesendete Licht in verschiedene Richtungen gestreut und die Lichtverteilung insgesamt homogenisiert.
  • In 6 ist bei einem erfindungsgemäßen Chip-On-Board-LED-Modul 11''' eine Oberflächenstruktur der Beschichtung 12 eingestellt, die der aus 4 mit einzelnen Linsen 15 über den LED-Chips entspricht. Zusätzlich ist die Silikonmasse mit phosphoreszierendem Material 17 versetzt, die eine Wellenlängenverschiebung des ausgesendeten Lichts bzw. eines Teils des ausgesendeten Lichts bewirkt, was durch die oberhalb der Linsen 15 dargestellten geschlängelten Pfeile mit unterschiedlichen Wellenlängen dargestellt ist. Diese Pfeile symbolisieren Photonen unterschiedlicher Wellenlängen und somit verschiedener Farben. Beispielsweise können die kleinen geschlängelten Pfeile Photonen aus dem ultravioletten Bereich entsprechen, während die größeren Pfeile Photonen im sichtbaren Bereich entsprechen können.
  • Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    unbeschichtetes Chip-On-Board-LED-Modul
    2, 2'
    Träger
    3, 3'
    Leiterbahn
    4, 4'
    LED
    5, 5'
    Lichtkegel
    6
    Stoßstelle
    7
    Überlappungsbereich
    11–11'''
    beschichtetes Chip-On-Board-LED-Modul
    12
    Silikonbeschichtung
    13
    Beschichtung der Trägerseitenflächen
    15
    Linse aus Silikon
    16
    aufgeraute Oberflächenstruktur
    17
    phosphoreszierendes Material
    18
    Licht verschiedener Wellenlängen
    20
    Gießform
    21
    flüssiges Silikon
    22
    Silikonvorrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1657758 A2 [0012, 0017]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Beschichtung eines optoelektronischen Chip-On-Board-Moduls (1, 11–11'''), das einen flächigen Träger (2, 2') umfasst, der mit einem oder mehreren optoelektronischen Komponenten (4) bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung (12) aus einem Silikon, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Vergießen eines flüssigen Silikons (21, 22) in eine nach oben offene Form (20), die Außenmaße aufweist, die den Außenmaßen des Trägers (2, 2') entsprechen oder diese übersteigen, b) Einführen des Trägers (2, 2') in die Form (20), wobei die optoelektronische Komponente (4) oder die optoelektronischen Komponenten (4) vollständig in das Silikon (21) eingetaucht werden und eine Oberfläche des Trägers (2, 2') das Silikon (21) vollflächig berührt oder der Träger (2, 2') wenigstens teilweise vollflächig in das Silikon (21) eintaucht, c) Aushärten und Vernetzen des Silikons (21) mit den optoelektronischen Komponenten (4) und dem Träger (2, 2'), und d) Entnehmen des Trägers (2, 2') mit der Beschichtung (12) aus dem ausgehärteten Silikon (21) aus der Form (20).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) und/oder b) und/oder c) und/oder d) unter einem erhöhten atmosphärischen Druck ausgeführt werden, insbesondere bei einem atmosphärischen Druck zwischen 4 und 10 bar, insbesondere zwischen 5 und 7 bar.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das flüssige Silikon (21, 22) optisch funktionale Materialien (17), insbesondere phosphoreszierende und/oder streuende Materialien oder Partikel, eingemischt sind oder werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche der Beschichtung (12) eine durch die Form vorgegebene oder später hinzugefügte Oberflächenstruktur (15, 16) erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2') bis zu einem oder mehreren Rändern mit optoelektronischen Komponenten (4) bestückt wird oder ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2') randlos und/oder bis über den Rand hinweg beschichtet wird.
  7. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11'''), umfassend einen flächigen Träger (2, 2'), der mit einer oder mehreren optoelektronischen Komponenten (4) bestückt ist, mit einer transparenten, UV- und temperaturbeständigen Beschichtung (12) aus einem Silikon (21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Trägers (2, 2'), die mit einer oder mehreren optoelektronischen Komponenten (4) bestückt ist, randlos mit dem Silikon (21, 22) beschichtet ist.
  8. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2') auch an seinen Seitenflächen wenigstens teilweise mit dem Silikon (21, 22) beschichtet ist.
  9. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikon (21, 22) eine Beimischung von optisch funktionalen Materialien (17), insbesondere phosphoreszierenden und/oder streuenden Materialien oder Partikeln, aufweist.
  10. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) eine Oberflächenstruktur (15, 16) aufweist, insbesondere Linsen (15) oder lichtstreuende Aufrauungen (16).
  11. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2') bis an einen Rand oder bis kurz vor einem Rand mit optoelektronischen Bauteilen (4) bestückt ist.
  12. Optoelektronisches Chip-On-Board-Modul (11–11''') nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt oder herstellbar ist.
  13. System mit zwei oder mehr optoelektronischen Chip-On-Board-Modulen (11–11''') nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (2, 2') der optoelektronischen Chip-On-Board-Module (11–11''') bündig nebeneinander angeordnet sind, wobei sich insbesondere aufgrund einer randständigen Bestückung der Träger (2, 2') mit optoelektronischen Komponenten (4) eine auch über die Grenzen zwischen benachbarten Trägern (2, 2') hinweg regelmäßige Anordnung und Beabstandung von optoelektronischen Komponenten (4) ergibt.
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